無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)的探析

樸彥輯

摘要：在無人機(jī)航空攝影測量的研究過程中，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)和日常研究成果，對無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)進(jìn)行研究與分析，闡述了該系統(tǒng)在土地規(guī)劃測量，災(zāi)害應(yīng)急、山洪泥石流中的應(yīng)用。對推動(dòng)無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) ；航空攝影測量 ；地形測繪 ；土地規(guī)劃

在人類的發(fā)展進(jìn)程中， 如何有效地規(guī)避自然環(huán)境所帶來的災(zāi)害變得非常重要， 尤其是在社會(huì)快速發(fā)展的今天，防災(zāi)減災(zāi)的重要性日趨突出。 我國作為一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國家也面臨著同樣的挑戰(zhàn)。 面對日益嚴(yán)重的自然災(zāi)害形勢，如何選擇最為科學(xué)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的測量技術(shù)和測量成果，以作為準(zhǔn)確掌握突發(fā)事件災(zāi)情險(xiǎn)情的重要手段是目前的首要任務(wù)。 測繪測量技術(shù)系統(tǒng)是應(yīng)對自然災(zāi)害、 有效處置突發(fā)事件、 構(gòu)建完善保障系統(tǒng)與加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)工作建設(shè)的重要組成部分，也是目前的一個(gè)重要戰(zhàn)略問題。

一、無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)的組成

1.硬件系統(tǒng)

第一，機(jī)載系統(tǒng)。無人機(jī)是航空攝影測量系統(tǒng)的搭載平臺(tái)，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)，主要包括無人機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影、導(dǎo)航飛行控制、通信等子系統(tǒng)。工作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照預(yù)設(shè)航線自主飛行，完成預(yù)設(shè)的攝影測量任務(wù)，并將飛行高度、速度、狀態(tài)、氣象情況傳輸給地面監(jiān)控系統(tǒng)。第二，地面監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)直接影響飛行平臺(tái)的運(yùn)行，包括計(jì)算機(jī)、飛行控制、電子通信、電臺(tái)等設(shè)備。無人機(jī)工作時(shí)，地面監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)接收無人機(jī)發(fā)出的信息，在地圖上標(biāo)記無人機(jī)的位置、高度、速度、路線等參數(shù)，方便操作人員了解無人機(jī)的飛行狀態(tài)。

2.軟件系統(tǒng)

第一，航線設(shè)計(jì)軟件。該軟件決定了系統(tǒng)運(yùn)行的方向、精準(zhǔn)度，也是信息采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要求預(yù)先設(shè)定地形特點(diǎn)、作業(yè)范圍、測量參數(shù)、精度等指標(biāo)，依據(jù)行高、重疊度、地面分辨率，可以計(jì)算出飛行曝光點(diǎn)、基線長度等數(shù)據(jù)。第二，數(shù)據(jù)接收處理軟件。該軟件是系統(tǒng)攝影測量外業(yè)的最后一步，關(guān)系到圖像的處理質(zhì)量。一般而言，無人機(jī)獲取地面影像時(shí)，會(huì)受到內(nèi)部、外界因素的影響，為了避免原始圖像處理時(shí)存在質(zhì)量問題，會(huì)對原始影像進(jìn)行預(yù)處理，例如圖像校正、圖像增強(qiáng)等。

二、無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)在土地規(guī)劃中的應(yīng)用

以某土地整治項(xiàng)目為例，位于重慶山地區(qū)，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，利用無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)，作業(yè)流程如下 ：第一，收集地形圖、土地利用資料，檢查儀器設(shè)備，做好飛行準(zhǔn)備工作。第二，測區(qū)踏勘，確定大概測量范圍，在系統(tǒng)中設(shè)置測量區(qū)域和飛行路線，布設(shè)像控點(diǎn)，避開樹木、建筑、電線等。第三，外業(yè)攝影測量，在無人機(jī)上搭載攝影系統(tǒng)，低空飛行獲得測區(qū)影像資料，要求圖像清晰、色彩均勻、層次豐富，能真實(shí)表現(xiàn)地物信息。第四，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，利用Photo Scan 圖形處理軟件，對影像進(jìn)行拼接和處理，找到像控點(diǎn)，對坐標(biāo)、高程進(jìn)行糾正、加密、修飾。

在土地整治的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢如下 ：①高效。考慮到重慶地區(qū)地形地勢復(fù)雜，傳統(tǒng)地形測量工作的開展，完成1km2的測量范圍需要2人花費(fèi)3天～4天。②直觀。該系統(tǒng)的應(yīng)用，能獲得測區(qū)全范圍的數(shù)字正射影像圖，由于圖像更加直觀，有利于工作人員分辨各種信息要素。依據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，向民眾征求意見時(shí)，能提高民眾的積極性，增強(qiáng)對土地整治的認(rèn)識(shí)度。③全面。繪制地形圖是土地整治的基礎(chǔ)，考慮到測量范圍廣，傳統(tǒng)測量工作難以適用，容易忽略部分溝渠、線路，繼而影響整治方案的設(shè)計(jì)。

三、無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)在山洪泥石流中的應(yīng)用

1.災(zāi)情概括

2014 年 8 月 3 日 16 時(shí) 30 分在云南省昭通市魯?shù)榭h附近（北緯 27.1 度，東經(jīng) 103.4度）發(fā)生 5.7 級左右地震，地震致使昭通市的魯?shù)榭h、巧家縣、昭陽區(qū)、永善縣和曲靖市會(huì)澤縣 108.84 萬人受災(zāi)。 國家測繪地理部門緊急調(diào)集多套無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)赴地震災(zāi)區(qū)進(jìn)行應(yīng)急航空攝影，獲得了首批高分辨率的地理地質(zhì)資料，共獲取4 處重災(zāi)區(qū)高清航攝圖像，54 張經(jīng)過圖像拼接和判讀， 初步評估了災(zāi)區(qū)的受災(zāi)情況，為制定后續(xù)的計(jì)劃打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為災(zāi)后救援提供了較為準(zhǔn)確的災(zāi)情信息。

2.UAV 數(shù)據(jù)獲取

在本次魯?shù)榇蟮卣馂?zāi)后救援過程中， 無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取工作主要有以下幾個(gè)工作流程：前期的設(shè)備資料準(zhǔn)備；無人機(jī)航拍測繪；后期數(shù)據(jù)處理與研判。本次國家測繪地理信息局使用了“Quick Eye”無人機(jī)作為主要應(yīng)用平臺(tái)，并且搭載了 Canon 5D Mark III 數(shù) 碼 相 機(jī) 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 采 集 工作。 在無人機(jī)系統(tǒng)從地面起飛之后，完成既定的飛

行動(dòng)作，達(dá)到基本的飛行條件之后，再按照地面的航線設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行自主飛行，同時(shí)開始相關(guān)的數(shù)據(jù)獲取工作。飛機(jī)飛行高度為3000 米左右，分辨率為0.2M。在無人機(jī)系統(tǒng)完成初步的數(shù)據(jù)搜集工作之后，4 處 高清航拍攝影數(shù)據(jù)500份、總面積接近50 平 方公里的數(shù)據(jù)初步形成，隨后進(jìn)行圖像預(yù)處理、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、圖像拼接，最終提供了完整地面圖像，為測繪地理部門、 國土資源部門和國家防總進(jìn)行災(zāi)害分析與評估提供了支撐。

3.減災(zāi)與防災(zāi)

減災(zāi)防災(zāi)是無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)的重要功能之一，這一應(yīng)用主要是通過對于現(xiàn)有的信息的研判與分析進(jìn)而為災(zāi)害狀況的預(yù)測提供可靠的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)防災(zāi)與減災(zāi)的現(xiàn)實(shí)需要。 在魯?shù)榈卣鸬臑?zāi)后救援過程中，該系統(tǒng)就充分發(fā)揮了減災(zāi)與防災(zāi)的效能，尤其是對于紅石崖和王家坡救災(zāi)處置、 冷家坡和肖家坡社區(qū)滑坡人員轉(zhuǎn)移、牛欄江堰塞湖測繪等一系列行之有效工作，都避免了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)受到更大的損失。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)成為一種新型的測量手段，具有精度高、成本低、操作簡單的優(yōu)勢。文中分析了該系統(tǒng)的組成，其中硬件系統(tǒng)包括

機(jī)載系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng) ；軟件系統(tǒng)包括航線設(shè)計(jì)軟件、數(shù)據(jù)接收處理軟件 ；介紹了在地形測繪、土地規(guī)劃、災(zāi)害防治中的具體應(yīng)用，并結(jié)合工程案例進(jìn)行分析，希望為類似工作的開展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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（作者單位：哈爾濱海航地理信息工程有限公司）