輕小型無人機航攝技術的應用與發展趨勢

王哲

摘 要：國家在發展，科技在進步，無人機技術被廣泛應用。作為新生代科技產高端產物之一，輕小型無人機搭乘傳感器用于航攝，降低人為高空作業的難度系數，為拍攝工作帶來更多便利，在地理信息繪制工作中也常用到輕小型無人機航攝技術。雖說近幾年來輕小型無人機航攝技術在國內發展態勢不錯，但其中還是存在一些問題等待商榷，因此，輕小型無人機航攝技術的發展趨勢值得大家關注。

關鍵詞：輕小型無人機；航攝技術；質量檢查；像控測量；發展趨勢

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0214-02

隨著科學技術的不斷發展與進步，輕小型無人機已經有了明顯的突破和進展，其主要表現在遠程操作精準度越來越高，飛行時間越來越長，任務完成質量上也有明顯提高，因此在測繪行業的被認可度極高，有著良好的發展前景。首先，與載人機相比較，無人機最大的優勢在于機動性，因為載物量少所以飛行速度遠高于載人機；其次，無人機不受惡劣天氣和環境的影響，提高了工作效率；第三，價格優勢，購置費低于載人機，且不需要人來乘坐，大大提高了操作人員的安全性。

1 輕小型無人機航攝系統介紹

1.1 輕小型無人機航攝系統組成

所謂輕小型無人機航攝系統一般是由系統軟件和系統硬件兩部分組成。其中系統軟件主要包括：影像獲取前的航線設計軟件、影像獲取后的航攝質量快速檢查軟件、影像快速預處理軟件四部分。而系統硬件則包括：飛行平臺、載荷傳感器系統、飛行控制系統、地面監控系統、數據傳輸系統、地面運輸與保障系統六個部分[1]。

1.2 輕小型無人機航攝作業基本流程

和傳統的航攝存在一定的相同之處也存在明顯的不同，輕小型無人機航攝作業和以往航攝的相同之處主要在于，二者都需要進行航線的設計、需要進行航攝飛行、需要進行質量檢查、若是有必要都需要進行補飛或者是重飛，都需要進行相控測量[2]。兩者的不同之處在于進行無人機航攝航線設計的時候，不需要考慮地球曲率所存在的變化，因為其面積較小；航攝質量檢查不需要沖印成相片，可以直接在航攝現場完成；若是環境比較特殊，那么首先需要進行全區域快速鑲嵌圖的設置，比如在離大陸距離較遠以及在青藏高原上進行無人機航攝作業便必須將快速拼圖運用進去，來輔助進行控點的布置和設置，通過電子像片來進行刺點[3]。

1.3 輕小型無人機航攝系統優缺點

輕小型無人機航攝系統有點主要體現于其作業機動靈活，不需要設置專業的起降機場，飛行操作簡單易學，不需要大量的地面保障人員；比較適合用于面積比較小的區域進行遙感影像的獲取；可以開展低空云層的飛行攝影，并且影像的分辨率也會有明顯的提高；獲取成本低，一般是傳統航空攝影的二十分之一，其單次使用成本約為傳統航空攝影的十分之一。

而缺點主要體現于：由于體積小、重量輕，所以工作中容易受到風力影響，這會直接導致旁向重疊度以及航向重疊度的規則程度不夠；在進行地形圖測制的時候，由于影像本身的旋轉偏角比較大，這也會給測圖工作本身的效率以及精度造成較大的影響，其本身便是小像幅航空攝影，單張影向的像幅比較的小，并且像對多，這也會導致測控以及業內數據處理相關的工作量比較大。

2 輕小型無人機航攝技術現狀分析

飛行平臺、載荷傳感器系統、飛行控制系統、數據傳輸系統、地面運輸與保障系統以及地面監控系統是輕小型無人機航攝的六個重要組成部分[4]。設計航行路線是使用無人機航攝技術的第一步，確保無人機能夠在規定好的范圍內進行拍攝工作。第二步則是搭乘相關的器材來航攝飛行，在通過無人機進行航攝的時候，需要進行人文的監控，從而確保航攝工作能夠進行的比較順利。雖說無人機可以在各種地區的航攝工作中靈活運用，但風力這種非人為性阻力會給其運作造成嚴重影響，導致無人機航攝影響的傾角比較大，從而給精度造成影響，最終導致拍攝出的視頻清晰度差。

目前國內的無人機航攝技術主要在航空攝影中應用。在進行紀錄片拍攝的時候，通過無人機航攝技術能夠全面廣角式的拍攝拍攝對象。比如在拍攝長城時，通過無人機航攝技術拍攝出的效果也會往往比較好，能夠呈現長城的宏偉壯觀、具有歷史性的美景。但由于其續航時間比較短，很難長期進行拍攝。而且，在同一領域只支持一架無人機單獨進行航攝工作，這就大大降低了無人機的工作效率。

搭乘傳感器幅面小也是無人機航攝中經常出現的問題之一。目前所使用的無人機航攝搭乘的單反數碼相機像素基本都低于四千萬，這也是影響無人機航攝攝像精度的最大原因。由于無人機的構造問題，在航攝工作中無法減震導致攝影影響可能會出現虛影模糊的狀況，給像點坐標的兩側精度帶來一定的影響[5]。傳感器對無人機航攝的作用也非常大，多數無人機航攝的傳感器都是使用數碼相機，只有極少部分搭乘了視頻攝像機和多光譜線機。雖說數碼相機也能達到一定的航攝效果，一旦遇到云霧等惡劣天氣，其航攝效果就會收到嚴重影響。

3 輕小型無人機航攝技術中存在的問題

3.1 航攝效率偏低

飛行平臺續航時間較短、搭載傳感器像幅小、同空域只能單一作業是導致輕小型無人機航攝效率低的三大原因。與傳統航空攝影相比，用戶對輕小型無人機航攝的評價基本都是航攝效率偏低，這也是制約其發展的主要原因之一。

3.2 影像處理成果精度不高

輕小型無人機主要選用搭載135型數碼相機，選擇它的原因主要在于135型數碼相機不帶后背，其體積較小，減輕了重量。隨著科技產品的更新換代，高性能的135數碼相機比比皆是，其功能基本都可以滿足遙感測繪的基本需要。但是，以往的無人機航攝系統很少有人考慮成圖精度的影響，只是一味地追求大像幅以增大地面覆蓋，而這正是航測應用的關鍵。

下面根據筆者多年的工作經驗總結出三點造成無人機影像成果高程精度不高的原因：第一，輕小型無人機數碼相機的基高比較小，只有傳統大型航空攝影數碼相機基高的70%左右；第二，由于小型數碼相機沒有像移補償裝置，在空中容易受順風影響，出現地速過快產生影像拖尾的現象，嚴重影響了像點量測精度。第三，無人機一般是用海綿，橡膠以及軟質的泡沫等來減震，并且小型數碼相機本身的震動也比較大，僅僅依靠這種方式很難達到相關的預期，數碼相機受到的影響也會比較大，精度也會受到影響。

此外，無人機所搭載的數碼相機大多數并非是量測型，影像徑向、切向畸變較大，需要經過嚴格的檢校后才能使用，因此相機的檢校參數成為影響高程精度的主要原因[6]。

3.3 輕小型無人機航攝監管缺乏有效手段

當前，我國還沒有根據需要來制定相關的規定來對航空攝影作業、無人機生產進行制約和管理，除了航空院校、航空集團等一些軍事單位的無人機研發和生產所處的狀態處于監控之中，后來進入這個領域中的民企、科研院所等所處的狀態則是自我監控[7]。正因為沒有相關的管理條例對無人機的研制、生產和使用方面進行制約，才會出現如今這種無人機“滿天飛”的局面。當遇到自然災害需要應急監測時，天空中就會出現各種單位研制的各種無人機比較的雜亂。所以，國家應該將相關的資源調查清楚，并根據實際情況和需要來進行管理規范的制定。

4 輕小型無人機航攝技術未來發展趨勢

4.1 解決航攝效率的問題

當前制約輕小型無人機航攝技術發展的原因之一是航攝效率低。只有解除影響航攝效率的三大問題：研制新型傳感器、升級飛行平臺、讓多架無人機可以同時作業測控與任務規劃技術，才能使輕小型無人機航攝技術的發展步入正軌。

4.2 解決外業工作的有關問題

輕小型無人機航攝外業工作量大，也是制約輕小型無人機航攝技術發展的瓶頸之一[8]。在某些測圖困難地區（草原、沙漠、深山荒野）實施測繪工作時，采用無人機航攝技術就會受到像控點選點難、施測難的限制，直至目前為止仍未得到很好的技術解決措施。那么如何才能減少無人機影像外業像控點數量，同時實現無控制測圖，將是無人機航攝技術未來的發展方向。

4.3 解決應用單一的問題

為了解決當前無人機航攝技術應用比較單一的情況，進行相關技術的開發，開發相關的產品，將其應用領域真正的拓寬，其也是無人機更好的發展的方向[9]。

4.4 解決目標監控難、管理難的問題

將無人機飛行控制技術和當前已經較為成熟的北斗技術結合在一起，從而逐步實現北斗導航。通過調查和研究可以發現，現在國內已經有一些科院和企業在進行相關技術的研究，也就是利用北斗短報文通信技術來接受飛行諸元，并且做好相關的遠程監控工作。并且若是遇到緊急情況，可以根據需要來切換，從而達到雙向保險的目的，切實提高其安全性。

5 結語

如今在倡導科技創新的環境下，無人機航攝技術將有更廣闊的發展前景，并被廣泛應用于地圖信息測繪工作中。無人機航攝技術獨具特點，想必未來還會有更大發展空間。但是現在而言，無人機航攝技術存在的問題較多，這些問題的存在也給無人機航攝技術更好的發展造成了制約。因此，在未來的發展中更多的是去解決這些問題，只有這些問題真正得到有效解決，才能使無人機得到更長遠的發展，更高效的為航攝工作服務。

參考文獻

[1]李亞麗，張奇翔.小型無人機航拍技術發展綜述[J].電腦迷，2016，（11）：195.

[2]李鵬.關于無人機航攝技術現狀分析及其應用探討[J].科技展望，2016，（24）：144-145.

[3]雷東升，查東輝，莫玉梅.輕小型無人機航攝技術現狀及發展趨勢[J].中國新通信，2017，（12）：53-56.

[4]馬旭輝.淺析輕小型無人機航攝技術現狀及發展趨勢[J].城市建設理論研究：電子版，2015，（17）：78-79.

[5]臧春喜，褚鵬蛟，胡琦，楊紅喜.無人機回收技術專利現狀及發展趨勢[J].飛航導彈，2016，（03）：39-42.

[6]李鵬.關于無人機航攝技術現狀分析及其應用探討[J].科技展望，2016，（24）：46-48.

[7]李明利，張偉.關于無人機航攝技術現狀分析及應用探討[J].工程技術（全文版），2017，（4）：277.

[8]劉鵬，彭艷鵬，鄒秀瓊，等.我國無人機航攝系統現狀和前景[J].地理空間信息，2010，（4）：4-6.

[9] 畢凱，李英成，丁曉波，劉飛.輕小型無人機航攝技術現狀及發展趨勢[J].測繪通報，2015，（03）：27-31+48.