工程測量測繪之無人機航拍技術要點探討

李厚春

摘 要：隨著無人機技術的發展，工程測量測繪中的無人機航拍技術吸引了世界各國的目光。本文先是對無人機航拍技術進行簡述，然后探討了工程測量測繪中的無人機航拍的技術要點，最后分析介紹了無人機航拍技術在工程測量測繪中的實際運用。

關鍵詞：工程測量測繪；無人機；航拍技術；要點

1 無人機航拍技術概述

無人機航拍技術，是一種集成了高空拍攝、遙控、遙測技術、視頻影像微波傳輸和計算機影像信息處理的新型應用技術。

（一）無人機技術

無人機航拍技術發展的前提是無人機的出現。無人機，顧名思義，是一種不載人的航空器，主要包括固定翼型無人機、無人駕駛直升機兩類。之所以可以實現無人駕駛，是由工程師在地面上通過無線電遙控設備操控機載計算機程控系統而進行的。無人機的出現，一開始主要是為了開展有人飛機不宜執行的任務，如危險區域的地質災害調查、空中救援指揮和環境遙感監測。經過幾代產品的更新，無人機由最開始的主要是在軍事上的應用后來逐漸發展到用于作戰、偵察及民用遙感飛行平臺、農業生產等多個領域。在工程測量中運用無人機，能夠有效解決小面積低空攝影存在的問題。無人機的實際操作使用步驟主要包括以下幾個方面：野外像控點的布設和測量、取得測區資料數據、內業空三加密以及數字測圖。

（二）機載遙感設備

要讓無人機航拍得以實現，除了無人機這個“空中平臺”外，還需要能夠獲取信息、處理圖像信息、并能夠按照一定的精度要求制作成像的機載遙感設備，這些機載遙感設備都具有體積小、精度高、儲存量大的優點。當前使用的主要有高分辨率CCD數碼相機、紅外掃描儀、磁測儀等。根據不同類型的遙感任務，選用不同的機載遙感設備。目前，制造的數字航空測量相機已經可以達到很高的像素，能夠在航拍時，同時拍攝彩色、紅外、全色的高精度航片。此外，科學家們為了能夠提高遙感飛行的效率，還同過使用多臺哈蘇相機進行組合照相。這些機載遙感設備不僅僅能夠對工程的靜態、物理幾何結構，還可以進行一種動態地全過程監測、把握實時的微小變化、通過對觀測結果的比較分析，從而對即將出現的問題進行預防、防患于未然，同時能夠對物體未來的發展變化趨勢進行預測。

（三）無人機影像處理流程

無人機利用機載遙感設備獲取影像資料以后，根據POS相關數據，自動建立航帶內與航帶間的拓撲關系系統網，航帶規劃設計包括單次航飛時間設計、航飛架次設計和航帶帶寬劃分。而測區范圍的規劃，首先要設定測量區域最大外接矩形，得出測區四角標注之后，計算航拍次數。根據控制網布設GPS控制點去構建目標區域控制網，根據典型地貌特征點的選擇、對測區現場進行均勻布控。然后根據主點坐標、對稱畸變參數和CCD非正方形比例參數進行影像比例的糾正。第二步驟，根據區域網平差計算、加密點物方空間坐標解算、影像的外方位元素，計算空中三角測量。最后，進行DEM數據匹配，即進行多模型、多重疊DEM匹配、采集，以測區為單位創建像對正射影像。隨后生成DOM成果。

2 無人機航拍技術的要點

（一）無人機航拍的申報

對于無人機航拍，我國出臺了專門性的管理政策法規，再加上無人機航拍自身的飛行特征，共同決定了無人機航拍的申報流程的獨特性。按照我國的政策法規對無人機進行劃定，其屬于一種無人駕駛航空器，因此需要按照我國通用航空相關規定進行操作和使用，如果嚴格按照規定執行的話，只有具備執照的人才能操作無人機進行航拍作業，我國在這方面也不斷加強管理的力度，目前主要的負責機構為中國私用航空器擁有者及操作手協會。另外，在操作和使用無人機之前，還需要提前申報空域，并在飛行前的15小時就需要向管理部門申報飛行計劃，一般情況下，在發出申報3小時之內就可以得到回復。但是為了確保安全，操作人員還需要在飛行之前再次通過電話進行核實。

（二）航拍畫質的穩定

與消費級無人機不同，航拍無人機對畫質的要求更高，并不是隨便拍出分辨率較高的畫面就可以了，而是需要對目標物進行持續的、長時間的拍攝，對拍攝的要求非常高，拍攝角度和距離具有特定的要求，同時對目標凝視和畫面防抖都具有較高的要求，這就需要在航拍無人機上安裝穩定平臺，如陀螺儀穩定的測距儀，這種設備首先在戰列艦上出現。由于無人機自身的特點，對陀螺儀的靈活性和穩定性都具有更高的要求，一般在無人機上使用重量小集成度高的微機電MEMS陀螺組件。此設備具有檢測平臺角度和角速的作用，并將信息反饋給平臺驅動電機，這樣就可以減輕飛行器姿態變化的影響，保證平臺上的攝像機的視軸穩定。

在風力較大的情況下，要想拍出畫質較好的影像，就需要熟練應用云臺。在無人機飛行過程中，由于風力較大，會執行抗風動作，這就導致機身出現傾斜或旋轉的情況，從而攝像頭與地平面發生傾斜，導致畫面的質量下降。而使用云臺，則可以防止無人機傾斜導致攝像機傾斜，從而減少了風力對拍攝造成的不利影響。在無人機上，保證拍攝質量的重要設備為減振墊和減振橡膠。減振墊和減振橡膠具有減少機體振動對飛控部件的影響的作用，防止無人機拍攝出來的畫面會產生扭曲現象。

（三）特殊環境中的使用

在低溫環境當中，無人機要進行操作需要提前對減振橡膠或者減振柱進行更換，以便減輕低溫環境對拍攝質量的不利影響。另外，無人機的鋰電池也容易受到低溫的影響，溫度越低，鋰電池的化學活性越低。經過試驗發現，當電池溫度低于15℃的時候，其化學活性已開始降低，當溫度更低的時候，鋰電池的放電能力顯著下降。因此，為了防止無人機墜毀，在操作無人機的時候，需要在低空懸停1分鐘以上，了解無人機在低溫環境中的表現情況，從而根據無人機的情況來調整飛行計劃。

在高原地區拍攝時，較小的空氣密度使無人機的旋翼需要更高的轉速來產生足夠的升力，此時無人機的耗電速度要比平時快。操作手要注意時刻監控電池狀態，以免無人機墜落。另外，高原地區操作手要準備多塊電池，隨時準備替換。這是因為高原地區風力較強，無人機飛行需要耗費大量的能力。

3 工程測量測繪之無人機航拍技術的運用分析

我們在工程測繪測量中運用無人機航拍技術能夠收集更加豐富、更加全面的資料。無人機攝影，可以提供一個不可替代的高位俯視角，反映一個地區、一個區域的全貌。還可以對某一具體物體進行高清晰度拍攝，靈活方便。并且隨著科技的進步，其拍攝的圖像也有分辨率逐步增高、單次航拍時間延長、單次航拍儲存信息容量逐漸擴大等趨勢。例如無人機可以對礦山進行測量，在煤炭資源開發的同時，加強對礦山周圍環境變化的把控，進行有效的監管。既實現了高效率的開采，又實現了環境的保護，雙管齊下。無人機還可以加強對礦山整體的整治，以便于對礦山資源的保護。整治自然少不了宏觀層面的指導，尤其對礦山這種面積又大，開采過程中還極容易發生環境污染的區域。利用無人機航拍提供的結果，可以有針對性地采取措施，對自然資源進行保護。無人機航拍技術已經成為我國經濟建設、社會發展、應急救災、突發事件處置、數字城市建設、國土資源調查、地質災害、礦山監測、環境變化監測、工程設計等一系列國家重大需求的重要技術。

4 結束語

綜上所述，無人機航拍技術作為一種新型的技術，具有其他產品不具有的突出優勢。所以，我國應該加大在無人機技術領域的研究，加強與世界其他國家的經驗交流與合作。而無人機航拍技術的運用也為現代工程測量測繪事業提供了便利，成為一種必不可少的手段。我們應該把握這一未來的發展趨勢，促進工程測量測繪之無人機航拍技術的發展，從而促進我國經濟的飛速發展！

參考文獻

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