工程測(cè)量測(cè)繪之無人機(jī)航拍技術(shù)要點(diǎn)探討

李厚春

摘 要：隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工程測(cè)量測(cè)繪中的無人機(jī)航拍技術(shù)吸引了世界各國的目光。本文先是對(duì)無人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述，然后探討了工程測(cè)量測(cè)繪中的無人機(jī)航拍的技術(shù)要點(diǎn)，最后分析介紹了無人機(jī)航拍技術(shù)在工程測(cè)量測(cè)繪中的實(shí)際運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：工程測(cè)量測(cè)繪；無人機(jī)；航拍技術(shù)；要點(diǎn)

1 無人機(jī)航拍技術(shù)概述

無人機(jī)航拍技術(shù)，是一種集成了高空拍攝、遙控、遙測(cè)技術(shù)、視頻影像微波傳輸和計(jì)算機(jī)影像信息處理的新型應(yīng)用技術(shù)。

（一）無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)航拍技術(shù)發(fā)展的前提是無人機(jī)的出現(xiàn)。無人機(jī)，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(jī)、無人駕駛直升機(jī)兩類。之所以可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛，是由工程師在地面上通過無線電遙控設(shè)備操控機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)而進(jìn)行的。無人機(jī)的出現(xiàn)，一開始主要是為了開展有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)，如危險(xiǎn)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、空中救援指揮和環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)。經(jīng)過幾代產(chǎn)品的更新，無人機(jī)由最開始的主要是在軍事上的應(yīng)用后來逐漸發(fā)展到用于作戰(zhàn)、偵察及民用遙感飛行平臺(tái)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。在工程測(cè)量中運(yùn)用無人機(jī)，能夠有效解決小面積低空攝影存在的問題。無人機(jī)的實(shí)際操作使用步驟主要包括以下幾個(gè)方面：野外像控點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量、取得測(cè)區(qū)資料數(shù)據(jù)、內(nèi)業(yè)空三加密以及數(shù)字測(cè)圖。

（二）機(jī)載遙感設(shè)備

要讓無人機(jī)航拍得以實(shí)現(xiàn)，除了無人機(jī)這個(gè)“空中平臺(tái)”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(jī)載遙感設(shè)備，這些機(jī)載遙感設(shè)備都具有體積小、精度高、儲(chǔ)存量大的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前使用的主要有高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、紅外掃描儀、磁測(cè)儀等。根據(jù)不同類型的遙感任務(wù)，選用不同的機(jī)載遙感設(shè)備。目前，制造的數(shù)字航空測(cè)量相機(jī)已經(jīng)可以達(dá)到很高的像素，能夠在航拍時(shí)，同時(shí)拍攝彩色、紅外、全色的高精度航片。此外，科學(xué)家們?yōu)榱四軌蛱岣哌b感飛行的效率，還同過使用多臺(tái)哈蘇相機(jī)進(jìn)行組合照相。這些機(jī)載遙感設(shè)備不僅僅能夠?qū)こ痰撵o態(tài)、物理幾何結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)行一種動(dòng)態(tài)地全過程監(jiān)測(cè)、把握實(shí)時(shí)的微小變化、通過對(duì)觀測(cè)結(jié)果的比較分析，從而對(duì)即將出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)防、防患于未然，同時(shí)能夠?qū)ξ矬w未來的發(fā)展變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（三）無人機(jī)影像處理流程

無人機(jī)利用機(jī)載遙感設(shè)備獲取影像資料以后，根據(jù)POS相關(guān)數(shù)據(jù)，自動(dòng)建立航帶內(nèi)與航帶間的拓?fù)潢P(guān)系系統(tǒng)網(wǎng)，航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)包括單次航飛時(shí)間設(shè)計(jì)、航飛架次設(shè)計(jì)和航帶帶寬劃分。而測(cè)區(qū)范圍的規(guī)劃，首先要設(shè)定測(cè)量區(qū)域最大外接矩形，得出測(cè)區(qū)四角標(biāo)注之后，計(jì)算航拍次數(shù)。根據(jù)控制網(wǎng)布設(shè)GPS控制點(diǎn)去構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域控制網(wǎng)，根據(jù)典型地貌特征點(diǎn)的選擇、對(duì)測(cè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行均勻布控。然后根據(jù)主點(diǎn)坐標(biāo)、對(duì)稱畸變參數(shù)和CCD非正方形比例參數(shù)進(jìn)行影像比例的糾正。第二步驟，根據(jù)區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算、加密點(diǎn)物方空間坐標(biāo)解算、影像的外方位元素，計(jì)算空中三角測(cè)量。最后，進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)匹配，即進(jìn)行多模型、多重疊DEM匹配、采集，以測(cè)區(qū)為單位創(chuàng)建像對(duì)正射影像。隨后生成DOM成果。

2 無人機(jī)航拍技術(shù)的要點(diǎn)

（一）無人機(jī)航拍的申報(bào)

對(duì)于無人機(jī)航拍，我國出臺(tái)了專門性的管理政策法規(guī)，再加上無人機(jī)航拍自身的飛行特征，共同決定了無人機(jī)航拍的申報(bào)流程的獨(dú)特性。按照我國的政策法規(guī)對(duì)無人機(jī)進(jìn)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(guān)規(guī)定進(jìn)行操作和使用，如果嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行的話，只有具備執(zhí)照的人才能操作無人機(jī)進(jìn)行航拍作業(yè)，我國在這方面也不斷加強(qiáng)管理的力度，目前主要的負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)為中國私用航空器擁有者及操作手協(xié)會(huì)。另外，在操作和使用無人機(jī)之前，還需要提前申報(bào)空域，并在飛行前的15小時(shí)就需要向管理部門申報(bào)飛行計(jì)劃，一般情況下，在發(fā)出申報(bào)3小時(shí)之內(nèi)就可以得到回復(fù)。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(jìn)行核實(shí)。

（二）航拍畫質(zhì)的穩(wěn)定

與消費(fèi)級(jí)無人機(jī)不同，航拍無人機(jī)對(duì)畫質(zhì)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(duì)目標(biāo)物進(jìn)行持續(xù)的、長(zhǎng)時(shí)間的拍攝，對(duì)拍攝的要求非常高，拍攝角度和距離具有特定的要求，同時(shí)對(duì)目標(biāo)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(jī)上安裝穩(wěn)定平臺(tái)，如陀螺儀穩(wěn)定的測(cè)距儀，這種設(shè)備首先在戰(zhàn)列艦上出現(xiàn)。由于無人機(jī)自身的特點(diǎn)，對(duì)陀螺儀的靈活性和穩(wěn)定性都具有更高的要求，一般在無人機(jī)上使用重量小集成度高的微機(jī)電MEMS陀螺組件。此設(shè)備具有檢測(cè)平臺(tái)角度和角速的作用，并將信息反饋給平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣就可以減輕飛行器姿態(tài)變化的影響，保證平臺(tái)上的攝像機(jī)的視軸穩(wěn)定。

在風(fēng)力較大的情況下，要想拍出畫質(zhì)較好的影像，就需要熟練應(yīng)用云臺(tái)。在無人機(jī)飛行過程中，由于風(fēng)力較大，會(huì)執(zhí)行抗風(fēng)動(dòng)作，這就導(dǎo)致機(jī)身出現(xiàn)傾斜或旋轉(zhuǎn)的情況，從而攝像頭與地平面發(fā)生傾斜，導(dǎo)致畫面的質(zhì)量下降。而使用云臺(tái)，則可以防止無人機(jī)傾斜導(dǎo)致攝像機(jī)傾斜，從而減少了風(fēng)力對(duì)拍攝造成的不利影響。在無人機(jī)上，保證拍攝質(zhì)量的重要設(shè)備為減振墊和減振橡膠。減振墊和減振橡膠具有減少機(jī)體振動(dòng)對(duì)飛控部件的影響的作用，防止無人機(jī)拍攝出來的畫面會(huì)產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象。

（三）特殊環(huán)境中的使用

在低溫環(huán)境當(dāng)中，無人機(jī)要進(jìn)行操作需要提前對(duì)減振橡膠或者減振柱進(jìn)行更換，以便減輕低溫環(huán)境對(duì)拍攝質(zhì)量的不利影響。另外，無人機(jī)的鋰電池也容易受到低溫的影響，溫度越低，鋰電池的化學(xué)活性越低。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池溫度低于15℃的時(shí)候，其化學(xué)活性已開始降低，當(dāng)溫度更低的時(shí)候，鋰電池的放電能力顯著下降。因此，為了防止無人機(jī)墜毀，在操作無人機(jī)的時(shí)候，需要在低空懸停1分鐘以上，了解無人機(jī)在低溫環(huán)境中的表現(xiàn)情況，從而根據(jù)無人機(jī)的情況來調(diào)整飛行計(jì)劃。

在高原地區(qū)拍攝時(shí)，較小的空氣密度使無人機(jī)的旋翼需要更高的轉(zhuǎn)速來產(chǎn)生足夠的升力，此時(shí)無人機(jī)的耗電速度要比平時(shí)快。操作手要注意時(shí)刻監(jiān)控電池狀態(tài)，以免無人機(jī)墜落。另外，高原地區(qū)操作手要準(zhǔn)備多塊電池，隨時(shí)準(zhǔn)備替換。這是因?yàn)楦咴貐^(qū)風(fēng)力較強(qiáng)，無人機(jī)飛行需要耗費(fèi)大量的能力。

3 工程測(cè)量測(cè)繪之無人機(jī)航拍技術(shù)的運(yùn)用分析

我們?cè)诠こ虦y(cè)繪測(cè)量中運(yùn)用無人機(jī)航拍技術(shù)能夠收集更加豐富、更加全面的資料。無人機(jī)攝影，可以提供一個(gè)不可替代的高位俯視角，反映一個(gè)地區(qū)、一個(gè)區(qū)域的全貌。還可以對(duì)某一具體物體進(jìn)行高清晰度拍攝，靈活方便。并且隨著科技的進(jìn)步，其拍攝的圖像也有分辨率逐步增高、單次航拍時(shí)間延長(zhǎng)、單次航拍儲(chǔ)存信息容量逐漸擴(kuò)大等趨勢(shì)。例如無人機(jī)可以對(duì)礦山進(jìn)行測(cè)量，在煤炭資源開發(fā)的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)礦山周圍環(huán)境變化的把控，進(jìn)行有效的監(jiān)管。既實(shí)現(xiàn)了高效率的開采，又實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的保護(hù)，雙管齊下。無人機(jī)還可以加強(qiáng)對(duì)礦山整體的整治，以便于對(duì)礦山資源的保護(hù)。整治自然少不了宏觀層面的指導(dǎo)，尤其對(duì)礦山這種面積又大，開采過程中還極容易發(fā)生環(huán)境污染的區(qū)域。利用無人機(jī)航拍提供的結(jié)果，可以有針對(duì)性地采取措施，對(duì)自然資源進(jìn)行保護(hù)。無人機(jī)航拍技術(shù)已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、應(yīng)急救災(zāi)、突發(fā)事件處置、數(shù)字城市建設(shè)、國土資源調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害、礦山監(jiān)測(cè)、環(huán)境變化監(jiān)測(cè)、工程設(shè)計(jì)等一系列國家重大需求的重要技術(shù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)航拍技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，具有其他產(chǎn)品不具有的突出優(yōu)勢(shì)。所以，我國應(yīng)該加大在無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的研究，加強(qiáng)與世界其他國家的經(jīng)驗(yàn)交流與合作。而無人機(jī)航拍技術(shù)的運(yùn)用也為現(xiàn)代工程測(cè)量測(cè)繪事業(yè)提供了便利，成為一種必不可少的手段。我們應(yīng)該把握這一未來的發(fā)展趨勢(shì)，促進(jìn)工程測(cè)量測(cè)繪之無人機(jī)航拍技術(shù)的發(fā)展，從而促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展！

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