無(wú)人機(jī)在高職院校測(cè)量中的應(yīng)用探究

馬玉秀 寧夏葡萄酒與防沙治沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院

引言：測(cè)量工作是一項(xiàng)復(fù)雜的工程作業(yè)，且傳統(tǒng)的測(cè)量方法已經(jīng)無(wú)法滿足測(cè)繪工程的要求。比如，飛機(jī)航拍技術(shù)受到飛行場(chǎng)地以起飛高度等影響無(wú)法廣泛用于多種項(xiàng)目的測(cè)量作業(yè)中，而無(wú)人機(jī)技術(shù)則彌補(bǔ)了這些不足。本文以寧夏葡萄酒與防沙治沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，對(duì)無(wú)人機(jī)在高職院校測(cè)量中的應(yīng)用探究進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 學(xué)院位置概況

1.1 地形地貌

寧夏葡萄酒與防沙治沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院位于寧夏回族自治區(qū)境內(nèi)的永寧縣，該地區(qū)地形地貌復(fù)雜多樣，從大體上看主要分為銀川平原和山地兩種類型，而銀川平原又包括著賀蘭山前洪積傾斜平原和黃河沖積平原。永寧縣的地理位置比較特殊，東邊緊靠黃河，西邊與賀蘭山相鄰，呈西高東低狀，由西南向東北傾斜，下面將對(duì)該地區(qū)的地向地貌進(jìn)行詳細(xì)分析：（1）

賀蘭山地。該地形分布在永寧縣的西北部，從北向南依次向南北延伸，南部為陡峭的山區(qū)，海拔較高。（2）洪積扇地。由于永寧縣西側(cè)與賀蘭山相鄰，受沖積作用再加上風(fēng)蝕等外界因素影響易形成扇地地形，土壤肥沃，水源充足，適宜放牧。（3）河老階地。由于地殼運(yùn)動(dòng)等影響，洪積扇地以東一直到黃河沖擊平原間都會(huì)受到黃河變遷的影響變成河老階地。（4）風(fēng)沙地形。永寧縣南北差異較大，北部沙丘起伏，沙漠化嚴(yán)重易形成風(fēng)沙地形。

1.2 氣候情況

從地理角度來(lái)看，永寧縣屬于中溫帶干旱氣候區(qū)，季節(jié)溫度變化明顯。一般來(lái)說(shuō)，該地區(qū)的年均溫在9°C左右，夏季的時(shí)候溫度較高，大多維持在20°C以上，如果以10°C為界來(lái)計(jì)算積溫的話，得到的數(shù)值為3245.6°C，由此可見(jiàn)其具有較高的積溫有效性。永寧縣日照時(shí)間長(zhǎng)，年太陽(yáng)總輻射量較大，溫度和光照基本上還是比較適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的。永寧縣的溫差較大，氣候年較差大概在32°C上下，日膠差在14°C上下。由于其氣候干旱，所以年降水量低，降水分配不均勻。該地區(qū)還會(huì)出現(xiàn)沙塵暴，每年的4月和5月是沙塵暴的多發(fā)期。此外，永寧縣春冬刮東北風(fēng)或者西北風(fēng)，夏季刮東南風(fēng)。

2 無(wú)人機(jī)測(cè)量的優(yōu)勢(shì) （如圖1）

圖1 無(wú)人機(jī)測(cè)量與傳統(tǒng)測(cè)量圖

2.1 精準(zhǔn)度高

近些年來(lái)，數(shù)碼相機(jī)更新的速度越來(lái)越快，其分辨率控制在0.1m左右，而無(wú)人機(jī)設(shè)備就需要安裝高清的數(shù)碼相機(jī)用于獲取航拍圖片。技術(shù)人員將獲取的圖片經(jīng)過(guò)專業(yè)的處理和加工，可以將準(zhǔn)確的數(shù)字信息模型按照嚴(yán)格的要求（表1無(wú)人機(jī)平面誤差限差）推算出來(lái)使測(cè)量結(jié)果更加精確，然后繪制為直觀的圖像以供研究借鑒。

表 1平面中誤差限差要求

2.2 應(yīng)用靈活

無(wú)人機(jī)的飛行高度和飛行里程能夠?qū)崿F(xiàn)人為控制，對(duì)同一測(cè)量區(qū)域也可進(jìn)行多次航測(cè)，在每次航測(cè)的過(guò)程中可以相應(yīng)的調(diào)整飛行高度，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)然后技術(shù)人員采用科學(xué)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如果測(cè)量項(xiàng)目類型多樣，我們還可以對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)出相關(guān)的要求指令，使其按規(guī)定進(jìn)行航測(cè)，順利完成任務(wù)。

2.3 費(fèi)用較低

無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)是以汽油為主要燃料的，且所需的數(shù)量不多，所以成本較低，適合進(jìn)行大規(guī)模的測(cè)量作業(yè)。無(wú)人機(jī)操作方法簡(jiǎn)單易學(xué)且起降要求低，平常的公路就能夠進(jìn)行起降。所以，無(wú)論耗用的燃料還是構(gòu)成的硬件設(shè)備，無(wú)人機(jī)都屬于一門(mén)費(fèi)用較低的高新技術(shù)。

3 無(wú)人機(jī)測(cè)量中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 無(wú)人機(jī)飛行控制技術(shù)（無(wú)人機(jī)飛行控制技術(shù)主要內(nèi)容如圖 2所示）

圖 2飛行控制包括的主要內(nèi)容

(1) 飛行姿態(tài)控制。操作人員可以在無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中實(shí)時(shí)獲取陀螺儀反饋的信息，然后利用科學(xué)的計(jì)算方法將信息進(jìn)行輸出，按照要求不斷調(diào)整該機(jī)器飛行的姿態(tài)。

(2) 飛行位置控制。該技術(shù)主要是通過(guò)傳感器來(lái)獲取無(wú)人機(jī)飛行的速度及位置信息。

(3) 飛行高度控制。這項(xiàng)技術(shù)主要包括無(wú)人機(jī)的飛行高度和攀升速度兩項(xiàng)內(nèi)容。

3.2 無(wú)線傳輸技術(shù)

無(wú)人機(jī)測(cè)量的主要工作就是將航拍到的信息傳輸?shù)降孛婵刂频挠?jì)算機(jī)中，對(duì)于一些時(shí)效要求不太嚴(yán)格的數(shù)據(jù)可以暫時(shí)儲(chǔ)存在機(jī)器中，而要求較高的數(shù)據(jù)必須實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，從而達(dá)到對(duì)無(wú)人機(jī)更準(zhǔn)確的控制。

3.3 攝影測(cè)量技術(shù)

就目前情況而言，無(wú)人機(jī)設(shè)備上的攝影測(cè)量技術(shù)都是經(jīng)過(guò)數(shù)碼相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)碼相機(jī)的分辨率很大程度上決定了航拍圖像的質(zhì)量，直接影響測(cè)量作業(yè)能否順利進(jìn)行。除此之外，要想從根本上提高測(cè)量的精度以便獲取準(zhǔn)確的影像信息，需要我們將傳感器和多維度技術(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行拍攝。

3.4 航跡規(guī)劃技術(shù)

航跡規(guī)劃技術(shù)就是指按照規(guī)定的航拍要求找到合適的起點(diǎn)和終點(diǎn)，從而得到一條最佳航拍軌跡，同時(shí)這也是無(wú)人機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破。在具體的航拍過(guò)程中，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)測(cè)量區(qū)域的環(huán)境和存在的各種不確定因素進(jìn)行具體分析找到符合條件的飛行航線，對(duì)飛行距離、飛行高度以及轉(zhuǎn)彎半徑等進(jìn)行嚴(yán)格的把控，使其滿足規(guī)定的相關(guān)要求。

4 無(wú)人機(jī)在高職院校測(cè)量中的方法

在對(duì)寧夏葡萄酒與防沙治沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，需要采用科學(xué)的方法，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。下面，筆者將對(duì)無(wú)人機(jī)在高職院校測(cè)量過(guò)程中的方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

4.1 模擬法

在對(duì)高職院校進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，要結(jié)合幾何反轉(zhuǎn)的原理，借助繪圖儀等工具進(jìn)行空中三角測(cè)量工作。在測(cè)量工作進(jìn)行之前，應(yīng)當(dāng)確定好一條航線作為樣本，截取具有代表性的相片來(lái)利用測(cè)圖儀定向，然后確定相應(yīng)的立體模型，并將其按照順序連接起來(lái)，使之成為航線性模型，最后需要將航線模型視作一個(gè)不可分割的整體來(lái)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定向。

4.2 解析法

解析法主要利用測(cè)量區(qū)域影像之間存在的的坐標(biāo)解析關(guān)系來(lái)完成空中三角測(cè)量工作。不過(guò)這需要建立攝影測(cè)量網(wǎng)，進(jìn)行平差計(jì)算等工作。目前，我們可以采用三種方法進(jìn)行建網(wǎng)，主要是航帶法、光線束法以及獨(dú)立模型法，這三種方法具有同樣的優(yōu)勢(shì)即應(yīng)用在一條航帶上面，也可以將多條航帶形成區(qū)域后進(jìn)行空中三角測(cè)量。

4.3 獨(dú)立模型法

我們可以將一條航帶內(nèi)相鄰的航拍影像構(gòu)成單模型看做一個(gè)“剛體單元”，所謂剛體單元就是不能進(jìn)行修改的一個(gè)獨(dú)立單元模型。各個(gè)獨(dú)立的單元模型都是可以用解析法和繪圖儀來(lái)進(jìn)行空中三角測(cè)量的，然后將測(cè)量的結(jié)果運(yùn)用到計(jì)算平差的過(guò)程中。獨(dú)立模型中的任何一個(gè)模型只能進(jìn)行平移或者旋轉(zhuǎn)，不能進(jìn)行數(shù)值的變化，然后確定加密點(diǎn)和控制點(diǎn)的坐標(biāo)使相鄰模型間兩個(gè)特殊點(diǎn)的坐標(biāo)相同，以減少測(cè)量工作中的計(jì)算量。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，無(wú)人機(jī)技術(shù)具有準(zhǔn)確度高、應(yīng)用靈活和費(fèi)用較低等諸多優(yōu)點(diǎn)在測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，它也彌補(bǔ)了其航拍過(guò)程中的不足，使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確科學(xué)。我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)時(shí)代的發(fā)展潮流不斷對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行改善和革新，從而促進(jìn)我國(guó)繪測(cè)事業(yè)快速發(fā)展。