無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

顧利紅 張寧寧

摘要：目前，無(wú)人機(jī)已廣泛應(yīng)用于水利工程測(cè)繪領(lǐng)域，其自身優(yōu)點(diǎn)較多，在順利完成水利工程測(cè)繪任務(wù)的同時(shí)還能對(duì)獲得相應(yīng)的正射影像。本文就無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行分析，同時(shí)簡(jiǎn)述其在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，重點(diǎn)凸顯無(wú)人機(jī)在該項(xiàng)測(cè)量過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合我國(guó)工程實(shí)際，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的廣泛應(yīng)用從側(cè)面表現(xiàn)出國(guó)內(nèi)迅猛發(fā)展的測(cè)繪技術(shù)，同時(shí)也預(yù)示我國(guó)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展前景將會(huì)越來(lái)越廣闊。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；水利工程測(cè)量；應(yīng)用

在攝影測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)駕駛方式的不同，可將執(zhí)行測(cè)繪任務(wù)的飛行器分為有人機(jī)和無(wú)人機(jī)，盡管目前的測(cè)量技術(shù)可以監(jiān)測(cè)到具體的地理數(shù)據(jù)，但是衛(wèi)星測(cè)量過(guò)程中仍然因?yàn)榛貧w周期、飛行高度的影響難以快速、及時(shí)、全方位地獲取地理環(huán)境信息。不僅如此，有人機(jī)系統(tǒng)因需人為控制導(dǎo)致其機(jī)動(dòng)性低下、測(cè)量成本較高，基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的測(cè)繪技術(shù)正是這些缺陷的有效補(bǔ)充手段。

一、概述

（一）無(wú)人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由飛行器、地面控制設(shè)備、任務(wù)荷載、數(shù)據(jù)鏈路、發(fā)射與回收裝置、地面支援及維護(hù)設(shè)備等六個(gè)部分組成。其外形特征較小，但是其攜帶的高精度數(shù)碼成像設(shè)備，可拍攝飛行過(guò)程中遇到的各種地物，其控制過(guò)程中主要使用的是GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和遙控技術(shù)。對(duì)于無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程而言，其可以達(dá)到與地面相距300米，且此范圍屬于遙控最佳范圍，一般不會(huì)出現(xiàn)無(wú)人機(jī)不受控制的現(xiàn)象。在飛行過(guò)程中，主要利用光柵影像記錄該飛機(jī)所測(cè)到的數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、處理，進(jìn)而獲取所需的數(shù)據(jù)[1]。進(jìn)入21世紀(jì)后，無(wú)人機(jī)廣泛被很多行業(yè)使用，對(duì)于我國(guó)而言，水利工程測(cè)量過(guò)程中已逐漸使用無(wú)人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，在較低的航高內(nèi)對(duì)水利工程實(shí)況進(jìn)行航攝，進(jìn)而確保該項(xiàng)工程順利開(kāi)展。

（二）無(wú)人機(jī)技術(shù)的含義

無(wú)人機(jī)，顧名思義，就是無(wú)需人為駕駛，是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可自主飛行或遙控飛行，能攜帶任務(wù)荷載，可重復(fù)使用的航空器。無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)不同于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，它們之間的區(qū)別如下所述：第一，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)由于不受重訪周期的限制，可根據(jù)需要隨時(shí)起降，時(shí)效性好，從而提高測(cè)繪效率，同時(shí)還能確保數(shù)據(jù)更加精確；第二，該項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)有助于加快建設(shè)數(shù)字化城市，進(jìn)而促使我國(guó)逐漸邁向數(shù)據(jù)化時(shí)代；第三，該項(xiàng)技術(shù)科促使其社會(huì)管理能力更高效。因此，對(duì)于我國(guó)的科技進(jìn)程而言，該項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用不可或缺。

二、無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

（一）低空攝影測(cè)量外業(yè)

在分析低空攝影測(cè)量精度的過(guò)程中，我們知道其飛行質(zhì)量可直接影響內(nèi)業(yè)質(zhì)量和處理進(jìn)度，其航線平直度、色調(diào)均勻性、攝影平臺(tái)穩(wěn)定性等都是其重點(diǎn)影響因素[2]，同時(shí)，以上外業(yè)因素可有效保證其獲取最佳的內(nèi)業(yè)質(zhì)量。

（二）低空攝影測(cè)量定向

內(nèi)定向、相對(duì)定向、絕對(duì)定向三者一起決定其測(cè)量定向結(jié)果，內(nèi)定向的影像校對(duì)過(guò)程中通常采用的是批處理方式[3]，然后再對(duì)其自行測(cè)量所處的位置進(jìn)行重點(diǎn)檢查，避免由于內(nèi)定向點(diǎn)位置漂浮移動(dòng)導(dǎo)致其他兩個(gè)定向結(jié)果的精度不正確。相對(duì)定向的定向參數(shù)設(shè)置過(guò)程中可全面考慮其測(cè)量地區(qū)的實(shí)況，此時(shí)依然采取批處理方式，一旦結(jié)果里面的兩張像片匹配度不高，則需要對(duì)其定向參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，促使同名點(diǎn)之間的差距更小，若仍不能提高其匹配度，此時(shí)就應(yīng)該質(zhì)疑其信息的準(zhǔn)確度。在定向完成后，可通過(guò)查看精度報(bào)告來(lái)判斷定向是否滿足規(guī)范要求，一旦其精度不合格，則需要再次調(diào)節(jié)定向點(diǎn)位置，再對(duì)其實(shí)施定向計(jì)算，進(jìn)一步獲取符合規(guī)定的精度。

（三）基于低空攝影測(cè)量技術(shù)的DEM

DEM即數(shù)字高程模型，是一種數(shù)字地形模型，主要是通過(guò)一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型。對(duì)于該項(xiàng)攝影測(cè)量而言，攝影比例尺、匹配效果、高程精度等都會(huì)影響DEM的質(zhì)量和精度，各種影響要素需采取各式處理方法。其中影響最大的是航攝比例尺，可根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際地形及相應(yīng)的成圖要求確定合適的比例尺。對(duì)于陰影區(qū)、森林密集區(qū)、懸崖峭壁區(qū)等匹配效果不理想的區(qū)域，可通過(guò)人為加點(diǎn)加線的預(yù)處理方式來(lái)提高其匹配質(zhì)量。較之人工操作的飛行攝影測(cè)量而言，其自身產(chǎn)生灰色影像，但是該項(xiàng)攝影技術(shù)在DEM的基礎(chǔ)上則會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的立體感，并且更容易確定海拔點(diǎn)的位置。

（四）基于低空攝影測(cè)量技術(shù)的DOM

DOM即數(shù)字正射影像圖，是利用數(shù)字高程模型。對(duì)航攝像片進(jìn)行預(yù)處理、幾何糾正和鑲嵌，按圖幅范圍裁切生成的影像數(shù)據(jù)。對(duì)于該項(xiàng)測(cè)量過(guò)程而言，利用已有的DEM，對(duì)DOM進(jìn)行鑲嵌拼接，其效果、質(zhì)量要比在灰度影像上形成的DOM高得多。對(duì)于彩色DOM的制作過(guò)程而言，鑲嵌影像之間的反差是影響其制作效果的主要因素，由具體操作可知，第一航帶和鄰近航帶之間會(huì)形成反差比較大的影像，且其反差效果不同于其他航帶，進(jìn)而導(dǎo)致其整體效果遭受影響，主要是由于拍攝時(shí)的采樣角度和光照強(qiáng)度的不同，導(dǎo)致相鄰圖像重疊區(qū)域出現(xiàn)明暗強(qiáng)度及變形程度的差異，所以，需要對(duì)正射影像圖進(jìn)行勻色處理，另外還需對(duì)其已經(jīng)鑲嵌的影像進(jìn)行重點(diǎn)處理，進(jìn)而避免造成部分重要數(shù)據(jù)信息丟失，通過(guò)上述措施來(lái)保證DOM的制作質(zhì)量。

三、改進(jìn)無(wú)人機(jī)在低空攝影中出現(xiàn)的問(wèn)題和方法

盡管現(xiàn)在大部分水利工程測(cè)量過(guò)程中都在使用無(wú)人機(jī)，但是因?yàn)閲?guó)內(nèi)沒(méi)有全面掌控該項(xiàng)測(cè)量技術(shù)，導(dǎo)致其使用過(guò)程出現(xiàn)各式問(wèn)題，比如，無(wú)人機(jī)設(shè)備先進(jìn)程度不高、有關(guān)的技術(shù)人員自身不具備足夠的專業(yè)知識(shí)水平、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境惡劣等，上述問(wèn)題都會(huì)直接影響無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性運(yùn)轉(zhuǎn)，針對(duì)上述問(wèn)題提出的相關(guān)解決措施如下所述。

第一，強(qiáng)化探究國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)技術(shù)，借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的無(wú)人機(jī)技術(shù)使用和探究結(jié)果的同時(shí)，學(xué)習(xí)在水利工程測(cè)量過(guò)程中使用無(wú)人機(jī)，從而促使國(guó)內(nèi)的水利工程在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用上得以提高。第二，提高有關(guān)技術(shù)人員的無(wú)人機(jī)操作能力，對(duì)其進(jìn)行分批次培訓(xùn)的同時(shí)還可以組織其參與相關(guān)的國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流講座，進(jìn)而在提高其專業(yè)操作水平的同時(shí)保證無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，有助于提高其問(wèn)題解決能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的測(cè)量行業(yè)已經(jīng)離不開(kāi)低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量，所以，我們需要不斷提升其行業(yè)的整體工作效率，借此最大程度滿足我國(guó)的測(cè)繪需求，為今后的數(shù)字化城市建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張瑞紅.淺談無(wú)人機(jī)低空攝影在渦河河道帶狀地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].河南科技，2015（13）：92-94.

[2]呂慧娟.探討無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的使用[J].門窗，2016（3）：45-45.

[3]鄒威.淺談無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量在城市測(cè)繪保障中的應(yīng)用前景[J].大科技，2014（29）.

（作者單位：淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）