試論無人機在城市測量中的運用

陳鐘鴻

【摘 要】無人機測繪測量系統作為現代化測量裝備體系的重要組成部分，在城市測量服務中起著重要的作用。推廣應用無人機測繪測量技術，即能夠有效的增強測繪測量成果，又能夠有效地促進數字化城市建設的步伐，同時還能有效的提高社會管理效能。本文就無人機在城市測量中的運用進行探討，以供大家參考。

【關鍵詞】無人機；城市測量；運用

引言

無人機是小型輕型遙控飛行器，在機器上搭載高分辨率的攝影專用鏡頭，通過遙控和GPS導向等方法以一定的速度和線路進行攝影記錄的飛行器。無人機的飛行高度一般為地面200-300m，其數據主要記錄方式為光柵影像，在飛行結束后可以利用專用的處理軟件輸出含有位置信息的柵格圖像，在城市測量領域有著廣泛的運用，是一種新型的高科技的測量系統。

一、無人機測量系統的構成

由小型無人機遙感平臺所構建的城市測量系統的構成并不復雜，其主要包含以下幾部分：小型無人機飛行平臺以及飛行控制系統、影像獲取設備、通信及遙控設備，還包括地面信息接收與處理設備。小型無人機平臺攝影測量系統中的飛行控制系統主要有以下幾項：保證飛行姿態平穩的垂直陀螺；GPS接收天線和微處理器。就地面配套設備而言，它主要包括數據接收終端以及地面高清影像的數據處理終端和相關遙控設備。在具體的作業中，垂直陀螺的作用不容小覷，它可以測量飛機的俯仰姿態角和翻滾姿態角，此外，將垂直陀螺和微處理技術結合在一起，對于飛機在自主飛行過程中保持近乎“水平”狀態非常重要。機載通信設備也非常重要，它可以將攝像頭獲取的實時影像以及GPS 位置數據等有效傳回，從而保證了地面控制中心對飛機飛行、拍攝等情況的有效監控，使航向和飛行姿態得到及時糾正。

二、無人機的航帶規劃以及控制網的建立

無人機在空中進行飛行的時間一般是在一個小時左右，因此特別是在較大面積航攝時，航帶規劃顯得尤其重要。這種情況下可以在無人機起降的位置設計兩個飛行架次，在測量區域內規劃好適當的飛行航帶。當一架無人機完成了坐標上的前一部分航帶飛行后，返回進行補給；另一架再將剩下的飛行航帶完成，這樣就可以獲得整個測量區域的影像數據。兩個架次的飛行時間一般在1.5h內完成。

當無人機在空中飛行時，需要在測量區內建立控制網。控制網建立時根據測量區域大小，布設適當密度的GPS控制點，點位分布均勻，根據實際需求采用適當的坐標系；在各控制點上獲取準確的坐標位置，用于后期像控處理。

在采用無人機航空攝影測量技術進行拍攝時，其拍攝出來的影像數據和測量精度都是必須具有可靠性，拍攝時一般采用野外布置像控點的方式。對于控制點的選擇，必須是要使得影像清晰，能夠比較容易判斷的立體測量方位。且在進行布置外控點時，要注意均勻性，這樣才能夠保證拍攝到的影像各處畸變均較小且沒有瑕疵。

三、無人機飛行平臺的技術指標

目前階段，無人機的測量平臺尚未形成完善的作業規范，在很多方面還有提升的空間。目前航測規范的制定依據主要來自測繪單位當下的技術條件等。就無人機而言，其是一種低空對地觀測平臺，最適宜的航拍高度應為1000m以下，且它所采用的高分辨率的數碼相機成像設備相比傳統的航空攝影測量，也存在很大的不同。在這種情況下，使得現有的攝影測量規范的應用具備相當的難度。從傳統的航測作業準則來看，以下幾點參考指標需要相關操作人員明確：飛行速度應保持在50～100km/h 以內；為免受到湍流阻礙，發動機不要在飛機前進方向的前部；一定要確保發動機故障時，飛機能夠安全滑翔降落，相對于地面的飛行高度變化應在 5%以下；對于相鄰攝站飛行高度的變化也有一定標準，以不超過5%為宜； 航攝平臺在作業過程中也應引起重視，以水平誤差小于3°為宜；測量飛行速度的誤差要盡可能精確，以小于5%為宜；偏離航線的絕對誤差也有一定標準，其一定要小于相片旁向覆蓋度；由于發動機所引發的相機諧振，振幅的偏擺角在曝光時間內應低于8.6″。

四、無人機測量數據的處理

外業飛行的工作完成后進行影像的優化選擇，結合GPS導航數據與快速排片的軟件處理影像，對模糊不清的影像予以排除并確認是否有漏拍現象發生。為了消除相機透鏡的畸變缺陷的影像，根據事先得出的檢校參數預處理無人機取得的原始影像數據。此舉是為了確保能自動提取連接點并保證對控制點量測的準確程度。進行平差后，所獲得的數據即為測區影像的空間坐標與姿態信息。之后用攝影測量的專用軟件進行立體測圖，由此能得到所測地區的大比例尺地形圖。之后進行自動的地形提取以得到DSM。最后利用GIS軟件做出測繪地區的三維地表模型。

另外，內業可利用專用的影像數據處理軟件進行合成和重疊處理，同時也可將外業測量的控制點輸入到系統對應像控點，生成DEM、DOM等，然后進行空三加密處理，最后生成帶坐標信息的TIF圖片，在影片信息上進行手工地物的勾繪，和外業調繪，同時利用DEM數據進行地貌處理。

五、無人機測量用于大比例尺地形圖中的操作

無人機低空攝影測量系統在大比例尺地形圖中的應用，主要包括野外像控點測設、數字測圖、內業空三加密、獲取測區影像數據等幾個重要的步驟，其中內業空三加密，主要是對精確匹配之后確定在相對定向中使用的影像坐標文件、加密后的影像、記錄影像大地坐標、相機文件、空三精度報告、空三平差的定向點影像坐標文件、DEM數據、照片外方位元素等相關數據進行輸出，這些信息數據在經過空三加密處理之后形成的影像，能夠將其直接導入SSK中，進行數字測圖。

六、無人機測量精度的控制

1.采用無人機進行航空攝影，與傳統的測繪航空攝影相同，在條件許可的情況下，盡可能選擇晴朗、能見度高的天氣進行航空攝影，這樣能夠獲得色彩、地面信息豐富的影像，同時，能見度好的天氣，地面霧霾影響較小，影像曝光時光線的折射、散射現象較少，可以大幅度提高成圖的精度。

2.無人機航空攝影獲取的航空影像幅面較小，采用原有的空三軟件進行平差解算，在多個測區處理過程中，均會發生不同程度的錯誤，加密測區的選構尤為重要，目前使用較多的PATB平差軟件，對此類小幅面數碼影像的剔錯能力遠遠小于23*23幅面。

3.無人機作為飛行平臺，在執行航空測量任務時，容易受氣流變化和風力的影響，可采用了二維姿態穩定平臺，在小范圍短時間內，受風力和風向的變化影響不大，容易通過姿態穩定平臺的糾正獲得理想的姿態角度。

七、結語

總之，無人機技術在推動測量測繪科技不斷創新以及提升城市測量測繪服務能力方面起著重要作用，還能夠促進相關部門對所需的地理信息進行及時的掌握，幫助國民經濟實現社會信息化，從而促進社會經濟的迅速發展。

參考文獻：

[1]劉金亨，呂郁青，張曉博等.無人機遙感在測繪測量中的應用[J]硅谷2015，1.

[2]鄒烈泳.論無人機遙感技術在測繪工程測量中的應用[J]建筑工程技術與設計2014，33.