無人機(jī)航拍技術(shù)在測(cè)繪工程測(cè)量中的應(yīng)用

摘"要：在測(cè)繪工程中由于受到地理?xiàng)l件、環(huán)境等諸多因素的影響，測(cè)量難度較大，危險(xiǎn)系數(shù)較高，而要獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)就需要技術(shù)的支持。無人機(jī)航拍技術(shù)匯集了多種技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)，不僅可以快速收集、傳送、處理多樣化的工程測(cè)量信息及數(shù)據(jù)，而且能夠借助測(cè)量軟件將這些信息以圖文結(jié)合的形式呈現(xiàn)，以便于測(cè)繪人員更好地分析。本文在對(duì)無人機(jī)航拍技術(shù)原理及系統(tǒng)組成進(jìn)行簡單分析的基礎(chǔ)之上，重點(diǎn)從制圖范圍、航路、攝影點(diǎn)及分區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)、數(shù)據(jù)處理、電子制圖等方面闡述了此技術(shù)在測(cè)繪工程測(cè)量中應(yīng)用的要點(diǎn)，并梳理了無人機(jī)航拍技術(shù)未來應(yīng)用的前景。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航拍技術(shù)；測(cè)繪工程；測(cè)量應(yīng)用文章編號(hào)：2095-4085（2024）07-0061-03

0"引言

測(cè)繪工程涉及領(lǐng)域較廣，而且對(duì)于數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性要求較高，所以在測(cè)繪工程測(cè)量環(huán)節(jié)往往會(huì)采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段，以提高測(cè)量的精準(zhǔn)性［1］。無人機(jī)航拍技術(shù)是信息化時(shí)代發(fā)展背景下產(chǎn)生的新型手段，將其應(yīng)用于測(cè)繪工程測(cè)量中，不但可以幫助測(cè)量人員獲取更加可靠的數(shù)據(jù)，而且促進(jìn)了測(cè)量水平的提高，保證了后續(xù)工作能夠有序開展?；诖?，本文重點(diǎn)針對(duì)測(cè)繪工程測(cè)量中無人機(jī)航拍技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了深入分析，明確要點(diǎn)，研究應(yīng)用前景與趨勢(shì)，旨在為無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用范圍的拓展以及水平的提升提供可以用來參考的建議與方法。

1"無人機(jī)航拍技術(shù)原理及系統(tǒng)組成

1.1"原理

航拍系統(tǒng)與操作機(jī)構(gòu)是此技術(shù)的兩大重要組成部分，航拍系統(tǒng)中主要包括飛行器、導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備、攝像機(jī)等。在測(cè)量的時(shí)候，以飛行器為重要的載體，選擇GNSS導(dǎo)航、MU定姿模塊。使用的數(shù)字相機(jī)分辨率也非常高，特別是在高空作業(yè)的情況下，可以全面拍攝地面上的所有事物，獲取的圖像很清晰。然后通過計(jì)算機(jī)軟件分析及處理這些圖像資源，以滿足測(cè)繪工程測(cè)量需求［2］。測(cè)量全過程中，無人機(jī)航拍技術(shù)基于測(cè)量與分析原理，構(gòu)建了航測(cè)系統(tǒng)，保證了在測(cè)量環(huán)節(jié)以及分析過程中能夠獲取更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。和傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)不同的是，此技術(shù)測(cè)量效率較高，飛行成本低。

1.2"系統(tǒng)組成

1.2.1"遙感信息采集系統(tǒng)

此系統(tǒng)中遙感平臺(tái)是重要組成部分，主要借助無人機(jī)、航空數(shù)碼攝像機(jī)完成信息采集任務(wù)。此平臺(tái)測(cè)量工作的完成運(yùn)用的技術(shù)手段是IMU、GPS；無人機(jī)航拍時(shí)飛行控制系統(tǒng)采用導(dǎo)航定位的形式獲取信息，在此基礎(chǔ)之上，明確加速度計(jì)、陀螺裝置位置以后，根據(jù)流程，結(jié)合具體要求數(shù)字化監(jiān)督控制無人機(jī)的運(yùn)行，保證了工作任務(wù)的高效執(zhí)行以及信息測(cè)量的準(zhǔn)確性；地面監(jiān)控系統(tǒng)組成部分包括供電系統(tǒng)、監(jiān)控軟件、全向天線、計(jì)算機(jī)等，可在機(jī)載飛控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈連接的過程中高效傳送航拍信息。

1.2.2"遙感信息處理系統(tǒng)

此系統(tǒng)中圖像處理單元是重要組成部分，其最大的特點(diǎn)是可以處理及整合各種圖像、流程標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)到的多種關(guān)鍵數(shù)據(jù)。在攝取影像以及處理信息環(huán)節(jié)，此功能結(jié)構(gòu)單元會(huì)合理設(shè)置影像內(nèi)定向、連接點(diǎn)、量測(cè)像控點(diǎn)，并進(jìn)行細(xì)致分析與計(jì)算，以保證三維模型的構(gòu)建以及后續(xù)測(cè)量應(yīng)用更加科學(xué)合理；三維模型用來處理測(cè)繪信息及數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)輸入至模型中，構(gòu)建三維虛擬化、可視化的圖形；空中三角測(cè)量系統(tǒng)整合與規(guī)劃了各種航帶列表，明確了相互間的關(guān)系，以便于航拍操作有序進(jìn)行。

2"無人機(jī)航拍技術(shù)在測(cè)繪工程測(cè)量中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1"制圖范圍和航路

當(dāng)前測(cè)繪工程測(cè)量時(shí)使用的無人機(jī)往往航程很短，排除起飛與降落時(shí)間以外，通常情況下僅有30min，主要是為了避免因能量不足導(dǎo)致無人機(jī)墜落事故的發(fā)生。要想解決此問題，需要準(zhǔn)確劃分拍攝范圍，進(jìn)而保證拍攝時(shí)間、架次、路線的合理化。針對(duì)測(cè)量范圍較大的地域會(huì)劃分不同的步驟，每一步的航拍操作盡量一次完成，以免影響后續(xù)工作的開展。除此之外，拍攝時(shí)主要通過航拍范圍來明確路徑，最大限度降低重復(fù)拍攝問題的發(fā)生，以免影響工作效率，無形之中浪費(fèi)時(shí)間。

2.2"航空攝影點(diǎn)及分區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)

航拍前要明確定位區(qū)域，使整個(gè)拍攝過程合理且標(biāo)準(zhǔn)。布置拍攝點(diǎn)要結(jié)合環(huán)境，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，避免影響環(huán)境，以確保信息處理系統(tǒng)準(zhǔn)確分析傳送的多種數(shù)據(jù)［3］。另外為實(shí)現(xiàn)測(cè)量與測(cè)繪工作精準(zhǔn)度的提高，要在綜合考慮實(shí)測(cè)面積的基礎(chǔ)上構(gòu)建區(qū)域控制網(wǎng)，在特定控制區(qū)域科學(xué)設(shè)置GPS參考點(diǎn)。表達(dá)這些參考點(diǎn)的時(shí)候可以采用專業(yè)化的坐標(biāo)信息，以方便后期分析與處理。計(jì)算線路與設(shè)定坐標(biāo)也是其中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，如果設(shè)定不準(zhǔn)確，會(huì)對(duì)測(cè)量及測(cè)繪工作進(jìn)度帶來較大影響。

2.3"數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)航拍技術(shù)靈活性、準(zhǔn)確性特點(diǎn)明顯，勘測(cè)及處理數(shù)據(jù)的時(shí)候強(qiáng)大的功能性優(yōu)勢(shì)會(huì)更加突出。其可借助匹配度較高的計(jì)算工具，運(yùn)用DSM自動(dòng)提取數(shù)據(jù)，處理疊加效應(yīng)，渲染三維地表［4］。整個(gè)過程數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性能得到保證，可對(duì)照與修正測(cè)試結(jié)果及原始數(shù)據(jù)。測(cè)繪工程測(cè)量環(huán)節(jié)可以使用的無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)很多，并且皆可滿足我國測(cè)繪工程測(cè)量工作的需求。無人機(jī)運(yùn)行可結(jié)合實(shí)情，整理與分析大量數(shù)據(jù)，在技術(shù)的支持下完成影像點(diǎn)拍攝與處理，以便于工作人員對(duì)項(xiàng)目特征充分了解，進(jìn)而確保項(xiàng)目施工質(zhì)量的提高。校正圖像是測(cè)量資料處理的關(guān)鍵，受到相機(jī)特性的局限，鏡頭邊緣會(huì)導(dǎo)致圖像失真。因此，在圖像數(shù)據(jù)格式與糾錯(cuò)時(shí)要根據(jù)攝像機(jī)型號(hào)使用專業(yè)處理軟件。航空數(shù)據(jù)需要完成三次加密操作，常用軟件為空三加密，處理流程進(jìn)行壓制，新項(xiàng)目以后會(huì)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，自動(dòng)生成航線，緊接著處理與分析圖像。重點(diǎn)提取以及刺點(diǎn)測(cè)量以后完成評(píng)估操作，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)結(jié)算環(huán)節(jié)工作人員在新項(xiàng)目后增設(shè)一個(gè)控制點(diǎn)，進(jìn)而處理數(shù)據(jù)，最后處理的是那些已完成的數(shù)據(jù)信息。求解時(shí)測(cè)量資料保存到相應(yīng)軟件中，構(gòu)建三維坐標(biāo)系統(tǒng)，要保證測(cè)量資料和定位定向系統(tǒng)資料有著較高的匹配度，然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。在控制點(diǎn)編輯器內(nèi)存儲(chǔ)了大量版面資料以及檔案資料，并且需由工作人員標(biāo)注好空域。為確保控制精度與測(cè)量需求相符，處理數(shù)據(jù)以后還要再次檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，還需結(jié)合測(cè)繪工程具體要求，檢測(cè)以及有效評(píng)價(jià)其精度。評(píng)價(jià)精度的時(shí)候通常情況下會(huì)運(yùn)用以下兩種方法：一是成果精度評(píng)價(jià)法。此方法多用于那些未達(dá)到精度要求的成圖，通過手工抽檢的形式進(jìn)行評(píng)估；二是模型精度評(píng)價(jià)方法。此方法重點(diǎn)在于和實(shí)際資料進(jìn)行高效對(duì)比，將二者間關(guān)系清晰地呈現(xiàn)，若檢測(cè)以后的結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)際資料出現(xiàn)明顯偏差，則需要明確偏差是不是在測(cè)繪工程計(jì)量允許的范圍之內(nèi)。

2.4"電子制圖

無人機(jī)航拍后，測(cè)繪人員需對(duì)攝影圖像進(jìn)行二次處理，結(jié)合三維測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像3D化，并與相關(guān)資料融合，生成高清核線照片，隨后進(jìn)行照片剪輯。對(duì)比規(guī)定比率后明確結(jié)果，關(guān)鍵在于復(fù)核數(shù)字地圖的細(xì)節(jié)，如放大標(biāo)記進(jìn)行校驗(yàn)，以確保后續(xù)檢測(cè)工作所獲信息的高準(zhǔn)確性，隨后進(jìn)行數(shù)字地圖的制作。當(dāng)前地質(zhì)工程測(cè)量以及測(cè)繪過程中常用的技術(shù)及設(shè)備便是無人機(jī)，以下重點(diǎn)針對(duì)如何進(jìn)行電子制圖詳細(xì)闡述：在繪制一些專用地圖前，先采用航拍的形式完成目標(biāo)區(qū)域的測(cè)量，以便于工作人員能夠獲取所需的圖像以及數(shù)據(jù)信息，特別是針對(duì)規(guī)模及施工難度較大的橋梁、公路、鐵路項(xiàng)目，在修建這些項(xiàng)目之前測(cè)繪地形是必不可少的內(nèi)容；除此之外還包含一些礦山、城市、油田等，地理環(huán)境中存在諸多不確定性因素，再加之測(cè)量的范圍較大，航空攝影便成為了主要的測(cè)量手段。當(dāng)前，我國旅游業(yè)迅猛發(fā)展，眾多旅游景區(qū)坐落于崇山峻嶺之中。在此背景下，無人機(jī)航拍技術(shù)展現(xiàn)出了巨大潛力，尤其在測(cè)量與測(cè)繪工作中，其優(yōu)勢(shì)尤為顯著。

3"無人機(jī)航拍技術(shù)在測(cè)繪工程測(cè)量中的應(yīng)用前景

3.1"應(yīng)用范圍越來越廣

無人機(jī)技術(shù)逐漸成熟，與其相關(guān)的航拍測(cè)繪技術(shù)也隨之得到了較好的發(fā)展，突破了很多技術(shù)難關(guān)。無人機(jī)航拍技術(shù)借助不同類型的測(cè)繪設(shè)備以及傳感器，可精準(zhǔn)采集地表數(shù)據(jù)。無論是在農(nóng)業(yè)中，還是在建筑施工環(huán)節(jié)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中，無人機(jī)航拍技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，有著較好的發(fā)展前景［5］。

（1）在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用過程中，可通過無人機(jī)紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)農(nóng)田種植的各種植被，分析這些數(shù)據(jù)，明確植物生長情況，了解是否需要施肥、灌溉，這將在很大程度上推進(jìn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化、精細(xì)化管理。除此之外，此技術(shù)能夠分析農(nóng)田土壤、地質(zhì)災(zāi)害等數(shù)據(jù)，在保證了農(nóng)田資源產(chǎn)量的同時(shí)，利用率也相應(yīng)提高。

（2）城市規(guī)劃、建筑工程施工中，無人機(jī)航拍技術(shù)也會(huì)得到大范圍的應(yīng)用。傳統(tǒng)城市規(guī)劃與土地測(cè)繪耗費(fèi)大量人力、物力、時(shí)間與精力。而無人機(jī)航拍測(cè)繪則能在短時(shí)間內(nèi)高效收集區(qū)域地貌信息、建筑整體數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。特別是在一些規(guī)模較大的建筑施工項(xiàng)目中，無人機(jī)航拍技術(shù)一方面可以巡查及監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場的具體情況，在促進(jìn)施工效率的同時(shí)，可確保施工更加安全；另一方面有利于問題及早發(fā)現(xiàn)、及早處理。

（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)以及資源的調(diào)查環(huán)節(jié)，無人機(jī)航拍技術(shù)同樣也能夠發(fā)揮較大的作用。通過將氣象和環(huán)境傳感器集成于無人機(jī)，便可對(duì)大氣污染、水質(zhì)情況、土壤污染等各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而做出相應(yīng)的評(píng)估；在資源調(diào)查環(huán)節(jié)，無人機(jī)航拍技術(shù)的應(yīng)用既能收集到不同的地質(zhì)、水質(zhì)、林業(yè)數(shù)據(jù)，又可以依據(jù)這此數(shù)據(jù)評(píng)估資源規(guī)模以及分布情況?？傮w而言，無人機(jī)航拍技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，其應(yīng)用范圍隨著創(chuàng)新也會(huì)不斷拓展，進(jìn)而為測(cè)量工作帶來更多便利。

3.2"系統(tǒng)變得穩(wěn)定，設(shè)備也在不斷完善

無人機(jī)航拍時(shí)極易受空氣流動(dòng)、阻力等多種因素的影響，拍攝的圖像穩(wěn)定性難以得到保證。為此，隨著此技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展，航拍攝影將迎來顯著改進(jìn)。特別是陀螺儀穩(wěn)定系統(tǒng)的應(yīng)用，將極大提升圖像的清晰度和穩(wěn)定性。此設(shè)備不僅可以獲取到動(dòng)態(tài)物體具體位置，而且穩(wěn)定性強(qiáng)，不會(huì)因氣流的流動(dòng)導(dǎo)致鏡頭抖動(dòng)等問題的發(fā)生。此外，測(cè)量人員可通過地面遙控精準(zhǔn)控制鏡頭拍攝，顯著降低了操作危險(xiǎn)。該設(shè)備憑借出色的安全性和穩(wěn)定性，可確保在測(cè)繪工程測(cè)量中無人機(jī)航拍圖像更為清晰。

3.3"航拍無人機(jī)逐漸趨于高清化

當(dāng)前無人機(jī)航拍時(shí)，主要負(fù)責(zé)記錄的設(shè)備有高清攝像機(jī)、單反相機(jī)。在技術(shù)手段快速更新與創(chuàng)新的今天，測(cè)繪工程測(cè)量中對(duì)影像的要求越來越高。高清單反相機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)便是較高的分辨率，操作與使用較為簡單便利，后期制作時(shí)調(diào)色靈活。所以，無人機(jī)航拍中高清化也將成為未來測(cè)量應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

3.4"新型航拍技術(shù)的出現(xiàn)

無人機(jī)航拍技術(shù)主要運(yùn)用的是無線電遙感控制器、設(shè)備、機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過這些裝置對(duì)無人飛行器進(jìn)行操控，整體框架非常簡單，成本較低，能夠完成一些難度較大的測(cè)繪工作。無人機(jī)使航拍攝影操作更加方便，遙感平臺(tái)在轉(zhuǎn)場時(shí)的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加突出，特別是在起降時(shí)不會(huì)受到空間、場地的約束，隨時(shí)起飛與降落，既穩(wěn)定又安全，還易于轉(zhuǎn)場操作。

3.5"加快高空長航時(shí)無人機(jī)的研發(fā)

當(dāng)前使用的無人機(jī)航拍技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的航拍任務(wù)，所以在未來無人機(jī)發(fā)展逐漸成熟的背景下，高空長航時(shí)無人機(jī)將有著較好的發(fā)展前景［6］。此類型的無人機(jī)不但能夠平穩(wěn)的在高空中運(yùn)行，而且可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的監(jiān)測(cè)任務(wù)。太陽能供電便成為了維持高空長航時(shí)的重點(diǎn)，再加之高效能源利用率的提高以及輕量化材料的大范圍使用，無人機(jī)飛行時(shí)間達(dá)到數(shù)天，甚至數(shù)周將成為可能。

4"結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，多樣化技術(shù)手段逐漸融合，在促進(jìn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的同時(shí)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。無人機(jī)航拍技術(shù)便是其中具有代表性的新型高科技之一，其最大的特點(diǎn)便是集聚了不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠完成很多高難度的測(cè)繪工作。特別是在一些環(huán)境復(fù)雜的測(cè)繪工程測(cè)量工作中，無人機(jī)航拍技術(shù)發(fā)揮了極其重要的作用，有著較好的應(yīng)用前景。不僅應(yīng)用的范圍會(huì)逐漸變得更加廣闊，而且技術(shù)手段在趨于完善的基礎(chǔ)之上，不斷攻克難關(guān)，獲取的圖像清晰度更高，航拍時(shí)間更長，實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值也會(huì)越來越高，從而會(huì)為測(cè)繪工程測(cè)量工作質(zhì)量的提升奠定良好的基礎(chǔ)。

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