無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

摘要：無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，擴(kuò)大了工程測(cè)量的范圍，大幅提高了工程測(cè)量的效率及準(zhǔn)確度，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分顯著。探討無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的具體應(yīng)用、不斷提升技術(shù)應(yīng)用水平是促進(jìn)我國(guó)測(cè)繪工程行業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)健發(fā)展的必然路徑及必然要求。從無人機(jī)遙感技術(shù)概述出發(fā)，分析了無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的運(yùn)用流程和具體應(yīng)用，探討了無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用要點(diǎn)，以期為相關(guān)研究提供一定的指導(dǎo)與借鑒。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)遙感技術(shù)；工程測(cè)量；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP79；TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，越來越多的新技術(shù)、新設(shè)備被研發(fā)出來，并且逐漸應(yīng)用于人們的生產(chǎn)、生活。無人機(jī)遙感技術(shù)具有靈活性高、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，可以高效、高質(zhì)量地完成不同地形、地貌測(cè)量工作，因此該技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用較為廣泛。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)概述

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)遙感技術(shù)是在飛行器上安裝傳感器、數(shù)據(jù)處理器等設(shè)備，通過遠(yuǎn)程無線電設(shè)備操控飛行器進(jìn)行飛行、獲取影像、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?，是一種融合了數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信及全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）等多種技術(shù)的新型技術(shù)，也被稱為無人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)[1]。無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用需要使用無人飛行器平臺(tái)、數(shù)碼傳感器，還需要配置導(dǎo)航定位系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，無人機(jī)整體配置簡(jiǎn)單、便攜。

在無人機(jī)遙感技術(shù)研發(fā)之前，主要通過載人飛機(jī)及衛(wèi)星拍攝進(jìn)行大規(guī)模的工程測(cè)量工作，這需要投入較高的成本，而且測(cè)量過程容易受到天氣條件等外在因素的影響，信息更新速度較慢。在工程測(cè)量領(lǐng)域，無人機(jī)遙感技術(shù)主要采用低空遙感技術(shù)，通過無線電遙感設(shè)備操控?zé)o人機(jī)低空飛行來采集所需的測(cè)量信息?？茖W(xué)應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)不僅可以有效壓縮工程測(cè)量成本，還可以通過提高數(shù)碼傳感器配置、降低飛行高度等方式提高成像的清晰度，因此該技術(shù)具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.2.1 靈活性高

無人機(jī)設(shè)備具有體積小、質(zhì)量輕、方便攜帶等特點(diǎn)，對(duì)起飛、降落等操作環(huán)境要求較低，技術(shù)應(yīng)用靈活性較高，操作也相對(duì)簡(jiǎn)單。在應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)之前只需提前制定飛行路線，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行校正，即可最大限度地保障無人機(jī)遙感測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而且無人機(jī)遙感技術(shù)具有較強(qiáng)的故障應(yīng)對(duì)能力，如果在測(cè)繪過程中發(fā)生故障問題，無人機(jī)搭載的設(shè)備就會(huì)開展自我檢測(cè)，必要時(shí)可以直接返回至起點(diǎn)位置。在解決故障問題后，無人機(jī)可以繼續(xù)開展測(cè)量工作，直至完成測(cè)量任務(wù)，并按照設(shè)定程序降落至指定位置。

1.2.2 測(cè)量效率高

相較于傳統(tǒng)工程測(cè)量技術(shù)，無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用拓寬了工程測(cè)量的覆蓋領(lǐng)域。借助其傾斜攝影的先進(jìn)功能，該技術(shù)能夠同步捕獲來自多個(gè)視角的影像資料，這不僅加速了遙感影像數(shù)據(jù)的收集進(jìn)程，還顯著增強(qiáng)了數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性與可信賴度。鑒于此，無人機(jī)遙感技術(shù)已成為工程建設(shè)監(jiān)管領(lǐng)域的得力助手，用于實(shí)時(shí)追蹤施工區(qū)域的環(huán)境變化，確保工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

1.2.3 測(cè)量范圍廣

隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)應(yīng)用范圍越來越廣，可以適應(yīng)多種多樣的極端惡劣環(huán)境。例如，在獲取一些復(fù)雜地形測(cè)量信息時(shí)，只需結(jié)合工程測(cè)量區(qū)域的氣候、地形等因素，以具體測(cè)量要求為依據(jù)科學(xué)設(shè)置飛行航線，即可深入復(fù)雜地形中完成區(qū)域測(cè)量工作，掌握真實(shí)、全面的遙感數(shù)據(jù)信息[2]。在應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)的過程中還可以融合使用三維技術(shù)，全面呈現(xiàn)測(cè)量區(qū)域的實(shí)際情況。此外，與傳統(tǒng)工程測(cè)量技術(shù)相比，無人機(jī)遙感技術(shù)全程通過人工遠(yuǎn)程操控飛行器深入測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，無須人員前往測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，工程測(cè)量更加安全，還可以減少外界因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，保障測(cè)量結(jié)果的客觀性。

1.2.4 攝像圖清晰度高

科學(xué)配置高機(jī)密型數(shù)碼設(shè)備可以提高無人機(jī)采集攝像圖的清晰度。對(duì)工程測(cè)量對(duì)象進(jìn)行近景拍攝可以獲取納米級(jí)別精度的攝像圖，在節(jié)約測(cè)量成本的同時(shí)更加精準(zhǔn)地控制數(shù)據(jù)。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用流程

2.1 無人機(jī)調(diào)試

為保障無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性及工程測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)提前結(jié)合工程測(cè)量需求、無人機(jī)機(jī)型特點(diǎn)及控制狀態(tài)等信息，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行調(diào)試，科學(xué)規(guī)劃無人機(jī)飛行軌跡。在此過程中，需要配合使用GPS 軟件、地形地貌圖等工具校準(zhǔn)無人機(jī)運(yùn)行坐標(biāo)。此外，還要結(jié)合工程測(cè)量任務(wù)對(duì)無人機(jī)完成巡航任務(wù)所需的時(shí)間進(jìn)行預(yù)判，確保無人機(jī)的電量足以完成整個(gè)測(cè)量任務(wù)。

2.2 無人機(jī)工程傳輸數(shù)據(jù)

無人機(jī)各項(xiàng)調(diào)試工作達(dá)標(biāo)后即可開展測(cè)量工作，在此過程中，不僅需要人工操控?zé)o人機(jī)按照既定航線飛行，還要將無人機(jī)采集的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地圖數(shù)據(jù)信息傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。通過結(jié)合工程測(cè)量任務(wù)，科學(xué)布設(shè)無人機(jī)像控點(diǎn)。在具體應(yīng)用中，通常會(huì)采用“ L”形或者“+” 形布置方式，將直角拐角處或中心點(diǎn)設(shè)置為像控點(diǎn)中心區(qū)域[3]，并分別噴涂紅色或者白色進(jìn)行區(qū)分。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸及歸類

數(shù)據(jù)傳輸是無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用控制的關(guān)鍵

無人機(jī)搭載的遙感技術(shù)核心組件是芯片與設(shè)備，無人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)搭載的探測(cè)儀器設(shè)備會(huì)主動(dòng)發(fā)射特定信號(hào)，并精準(zhǔn)捕捉由被監(jiān)測(cè)物體反射回來的信號(hào)，隨后，這些信號(hào)會(huì)被直接傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。整個(gè)流程中，無人機(jī)的飛行速度需保持穩(wěn)定，即勻速飛行，這是確保測(cè)量作業(yè)精準(zhǔn)無誤和數(shù)據(jù)傳輸高效、可靠的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)傳輸完畢后，需迅速運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，并依據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分類整理。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的具體應(yīng)用

3.1 在測(cè)量條件較差區(qū)域的應(yīng)用

衛(wèi)星測(cè)繪、航拍測(cè)繪是常用的工程測(cè)量技術(shù)，但在應(yīng)用中容易受到地理環(huán)境的影響，無法在一些山峰較高、云層較低、濃霧較多的區(qū)域開展工程測(cè)量工作。而無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)不同區(qū)域的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)應(yīng)用也較為靈活，能夠在測(cè)量條件較差的區(qū)域高效、精準(zhǔn)地完成工程測(cè)量任務(wù)。針對(duì)狹小的空間，采用小型測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，若設(shè)備無法深入測(cè)量區(qū)域，則應(yīng)使用無人機(jī)遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)地理空間，并且在具體應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)對(duì)測(cè)量圖像精度的要求，在無人機(jī)上搭載相應(yīng)的數(shù)碼設(shè)備和感應(yīng)設(shè)備[4]。在測(cè)量過程中，還可以充分應(yīng)用三維仿真模擬技術(shù)直接呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)畫面影像，提高工程測(cè)量的直觀性。

3.2 在大比例尺測(cè)圖中的應(yīng)用

無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，可以獲取更多的測(cè)量數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)常應(yīng)用于大比例尺工程測(cè)量中。在應(yīng)用中需要結(jié)合工程測(cè)量對(duì)測(cè)繪圖像清晰度的要求，科學(xué)配置數(shù)碼相機(jī)，充分發(fā)揮數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)校驗(yàn)功能，對(duì)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行矯正處理，以提高測(cè)繪圖像處理效率及測(cè)繪精度，為大比例尺測(cè)圖提供真實(shí)依據(jù)。需要注意的是，無人機(jī)遙感技術(shù)所采用的機(jī)械設(shè)備可能發(fā)生變形等問題，這會(huì)對(duì)獲取圖像的精準(zhǔn)度會(huì)造成一定的影響，因此，現(xiàn)場(chǎng)工作人員應(yīng)提高對(duì)圖像誤差的重視程度，科學(xué)應(yīng)用補(bǔ)償相機(jī)姿態(tài)角度等方式最大限度地降低圖像誤差。此外，在工程測(cè)量過程中還應(yīng)科學(xué)應(yīng)用三軸云臺(tái)技術(shù)來減輕無人機(jī)的重量，以更好地保證無人機(jī)遙感測(cè)量質(zhì)量。

3.3 在特殊工程中的應(yīng)用

在一些特殊工程測(cè)量中，需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密。在開展特殊工程測(cè)量時(shí)，應(yīng)充分分析測(cè)量目標(biāo)的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際測(cè)量需求，選擇手動(dòng)加密或自動(dòng)加密等數(shù)據(jù)采集方法。手動(dòng)加密需要使用計(jì)算機(jī)遙控系統(tǒng)，結(jié)合工程測(cè)量需求指揮無人機(jī)開展定向拍攝任務(wù)。自動(dòng)加密的應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，直接設(shè)置加密程序，將無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保存和傳輸，只有獲得授權(quán)的人員才能訪問這些數(shù)據(jù)。針對(duì)一些大型復(fù)雜工作區(qū)域，科學(xué)使用無人機(jī)遙感技術(shù)，可以全方位采集特殊工作區(qū)域的信息，保障數(shù)據(jù)采集的完整性。在具體應(yīng)用中，應(yīng)先適配相應(yīng)的飛行器，設(shè)計(jì)目標(biāo)區(qū)域地形地貌測(cè)量方案，并進(jìn)行無人機(jī)調(diào)試。需要注意的是，無人機(jī)飛行過程中所拍攝的影像可能會(huì)隨著飛行速度的變化而出現(xiàn)像幅縮小、偏角增大等問題，應(yīng)配合使用空中三角技術(shù)糾正影像[5]，以保障航拍地理信息的完整性。

3.4 在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

對(duì)城市規(guī)劃區(qū)域開展全面測(cè)量是城市規(guī)劃工作開展的重要前提，無人機(jī)遙感技術(shù)在城市規(guī)劃測(cè)量工程中廣泛應(yīng)用。在具體應(yīng)用過程中，應(yīng)結(jié)合無人機(jī)翼型、測(cè)量區(qū)域特點(diǎn)等因素，科學(xué)設(shè)置像控點(diǎn)布設(shè)數(shù)量，以提高無人機(jī)遙感技術(shù)數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)度。再以采集的數(shù)據(jù)信息為依據(jù)，開展數(shù)據(jù)分析及三維立體建模，為城市規(guī)劃工作的開展提供支持。無人機(jī)遙感技術(shù)也常用于城市工程建筑施工中，通過設(shè)置飛行航線、調(diào)整航攝角度及飛行高度獲取多角度的工程建設(shè)信息，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程施工中存在的問題。

3.5 在低空飛行環(huán)境中的應(yīng)用

由于一些工程項(xiàng)目施工環(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)工程測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度及圖像的清晰度有很高的要求，需要使用較小體量的無人機(jī)進(jìn)行低空飛行測(cè)繪。低空飛行對(duì)無人機(jī)操作要求較高，需要工作人員詳細(xì)調(diào)研工程測(cè)量區(qū)域環(huán)境，判斷影響無人機(jī)飛行安全性的各種因素，并且做好航線規(guī)劃，提前輸入相關(guān)指令。為保障低空飛行測(cè)繪數(shù)據(jù)的真實(shí)性和全面性，在完成首次作業(yè)后要及時(shí)分析所采集的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)需要開展補(bǔ)充采集任務(wù)，以補(bǔ)齊缺失的數(shù)據(jù)。

4 無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 做好相關(guān)設(shè)備檢查

設(shè)備性能直接影響無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用效果，因此應(yīng)做好相關(guān)設(shè)備檢查工作，嚴(yán)格按照設(shè)備檢修要求規(guī)范落實(shí)設(shè)備定期檢查、質(zhì)量檢測(cè)等工作，只有檢測(cè)結(jié)果達(dá)標(biāo)后，才可以將設(shè)備投入使用，并且及時(shí)淘汰質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的設(shè)備。在每次執(zhí)行工程測(cè)量任務(wù)之前，都要對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行調(diào)試，確保其處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，以最大限度地保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為提高工作開展的規(guī)范化水平，應(yīng)完善無人機(jī)設(shè)備檢查管理相關(guān)制度，加大在設(shè)備管理方面的投入。

4.2 嚴(yán)格控制測(cè)量精度

無人機(jī)遙感技術(shù)的高效應(yīng)用與GPS 技術(shù)密切相關(guān)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工程測(cè)量需求，科學(xué)地應(yīng)用載波相位差技術(shù)對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行定位，并且通過動(dòng)態(tài)差分技術(shù)分析測(cè)繪數(shù)據(jù)，以保障定位的準(zhǔn)確性。尤其是在外業(yè)測(cè)繪中，應(yīng)使用GPS 測(cè)量技術(shù)對(duì)工程測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位勘察，找出測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)并做好相應(yīng)的標(biāo)記，為后續(xù)無人機(jī)飛行航線制定等提供依據(jù)。為保障天線基座的穩(wěn)定性，應(yīng)嚴(yán)格按照無線GPS 設(shè)備安裝的要求和規(guī)范，落實(shí)相關(guān)操作。此外，需要確保設(shè)備能夠正常接收信號(hào)，以全方位獲取工程測(cè)量數(shù)據(jù)信息，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

4.3 進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)遙感技術(shù)的有效應(yīng)用大幅提高了數(shù)據(jù)采集和處理的效率，但這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用需要配合使用相應(yīng)的軟件，軟件配合使用效果直接影響最終呈現(xiàn)的工程測(cè)量質(zhì)量。該技術(shù)采集的影像呈現(xiàn)不規(guī)律性，這些影像會(huì)隨著飛行角度的變化而發(fā)生變化。在處理這些影像信息時(shí)，需要配合使用GPS 技術(shù)，以確保影像內(nèi)外方位元素的準(zhǔn)確性。此外，無人機(jī)遙感技術(shù)采集的影像可能會(huì)存在顏色偏差等問題，針對(duì)一些特殊的項(xiàng)目，需要對(duì)影像進(jìn)行輻射處理和顏色修正，以保證測(cè)量成品質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上，科學(xué)應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)開展工程測(cè)量已成為新時(shí)期行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，具有很高的應(yīng)用及推廣價(jià)值。無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用需要相關(guān)設(shè)備及軟件支持，應(yīng)做好設(shè)備檢查工作，優(yōu)化設(shè)備及軟件配置，做好工程測(cè)量過程中精度控制、數(shù)據(jù)處理及技術(shù)融合應(yīng)用管理，以提高無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用水平，保障工程測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與全面性。

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