無人機遙感技術在測繪工程中的研究

孫姝婭

隨著科學技術的發展，無人機遙感技術充分運用于農林植保、物流快遞、電力巡線、石油/天然氣管道巡檢、氣象探測、森林防火、警用巡邏、海洋遙感等等諸多行業場景當中，更與測繪工程有著緊密的聯結。在測繪工程中運用無人機遙感系統具有更低的運營成本、更高的精準度等優點。通過對無人機遙感技術運用示例的研究，分析了無人機遙感技術在測繪工程中可運用的部分以及實施步驟。

引言

隨著經濟社會的不斷進步，現代科學技術呈現爆炸式發展，而經過幾十年的發展，我國無人機技術不斷成熟，充分地運用到了導航、航空、數字通訊、傳感器當中。無人機遙感技術在測繪工程中的應用具有快速的信息處理、高精度定位等優良的特點，可以在保障測繪質量的基礎上大幅度地降低測繪成本。無人機遙感技術的發展現狀以及如何在測繪工程中融合無人機遙感技術值得我們深入的探討。

一、無人機遙感技術國內外研究現狀

無人機的設計概念最早起源于第二次世界大戰，運用于軍工領域當中。而隨著經濟社會的逐步穩定各發展，無人機技術逐步走入了民用領域，可分為消費級無人機和工業級無人機。工業級無人機應用到涉及國計民生的很多領域，發揮著各種重要的生產力作用。工業級無人機在行業應用的深度和廣泛是技術與經驗長期積累的結果，在各行業不同細分領域具有極大的商業價值，可以深入應用于農林植保、電力巡線、石油管道巡檢、物流快遞、國土測繪、氣象探測、森林防火、警用巡邏、海洋遙感等等諸多行業場景。前瞻產業研究院發布的《2018-2023年中國工業無人機行業發展前景與投資戰略規劃分析報告》預測，到2025年，國內民用無人機市場總規模將達750億。其中工業無人機市場規模達450億——農林植保約為200億，安防市場約為150億，電力巡檢約為50億，而用于航拍娛樂的消費級市場為300億。在安防領域，警用安防無人機可采集現場數據并迅速傳送到指揮中心，跟蹤事件的發展態勢，供指揮者進行判斷和決策。此類無人機還可以多角度大范圍的進行現場觀察，具有不可替代的作用，是一般監控設備無法比擬的。除此之外，它還具有定制化的特點，警用無人機常常搭載空中喊話、催淚瓦斯、安防監控等裝置。通過搭載不同設備可以實現不同的功能，較早在實際中應用。另一方面，自然災害、事故災害和社會安全等突發公共事件每年會在我國造成數百萬的人員傷亡，累計年經濟損失數十億。而無人機在處理突發事件及救災搶險過程中發揮著重要的作用，是現代搶險技術應用的一種方式。除此之外，無人機還用于探測、定位和監視森林火災，采集有關災害信息等。

二、無人機系統的組成

1.控制站

控制站是無人機系統操作人員的在地工作站點，是無人機任務的與規劃中心。操作員在控制站通過無線電通信系統與無人機聯結，控制飛機的飛行路線、對飛機攜帶的各種任務荷載進行操縱。通過無線電通信系統操作人員可以將指令或其他控制信息傳輸到飛機，并接受飛機傳回的圖像、地理位置、天氣信息等數據。

2.導航系統

在無人機系統的使用中，飛機與操縱者都需要掌握飛機飛行的實時定位，即使對于全自主飛行模式的飛機而言，也需要配備足夠的導航設備以便能對飛機進行及時的監控。無人機的導航系統主要由以下幾種類型構成：1.雷達跟蹤。在無人機上裝載雷達系統可以接收操作員發射的雷達信息，在通過響應將飛機的定位與距離傳回顯示器上；2.無線電跟蹤。無人機通過下行通信鏈路將無線電數據信號發送給控制點，控制點可以利用信號持續地追蹤信號源，從而確定無人機實體的實時定位，并根據編碼信號的傳輸時間來確定飛機與控制站之間的距離。

3.發射和回收設備

發射設備：對于某些無法進行垂直起飛的無人機，需要將其利用橡皮經彈射、壓縮氣體、火箭等推力產生系統，在傾斜的滑道上加速以獲得飛行所必須的初速度。回收設備：無法垂直飛行的無人機可以采用輪式/滑撬滑降著陸或者配備回收設備。這種設備類似于降落傘安裝的無人機上，在一定的高度打開并采用氣囊等緩沖手段保障回收安全，下降到一定高度以較低的速度被捕獲回收。

4.無人機實體

無人飛機的無人機系統中主要是承載荷載、數據傳輸、具體環境掃描等任務。無人機實體上主要搭載了通信鏈、發動機、穩定設備、供電設備等裝置，外觀上可觀測到平臺機身、機高與翼展。系統任務的需求決定采用飛機的類型，例如旋翼飛機適用于遠程環境掃描任務，而固定翼飛機適用于軍事長航等高空作業任務。

三、無人機遙感技術在測繪工程中的優勢

無人機遙感技術已經廣泛地應用到了生產生活的各個領域，在測繪工程中也占有一席之地并顯露出了其優勢。無人機航測費用低、工期短，相比人測有節省時間，降低人力成本，有正射影像，而且精度好的絕對優勢。具體來說表現在以下四個方面：

1.節約測量的財務與人力成本

在測繪工程中，地形地物的高差過大、地形過于復雜、天氣惡劣等各種原因會導致測繪費用成本非常大。例如：城郊約50平方公里，有山地、農田及部分建筑。人測約12萬，航測外業兩天轉換增加的內業約1.2萬，費用航測是人測的十分之一。除此以外，無人機測繪的工期也更短，航測工期約為人測的十分之一。在云南一測繪項目中，部分區域使用勁鷹無人機進行測繪，結果發現在實際項目中人測投入是航測的5倍，工期也是航測的兩倍，無人機航測及內業人員是人測人員的十分之一，如4人即可完成約20人的兩倍工作量。費用低、工期短以及省人力的特點使得公司易于維護精干人員的穩定性，技術不易外泄。

2.無人機遙感技術測量率有效性高

測量率是測繪工程中重要的衡量指標，測量率的有效性是測量有效的基本條件，如果測量的效率太低會間接地對后續處理產生不良影響，嚴重者甚至拖延工期或者是帶來其他更為惡劣的連鎖反應。而由于無人機的測量過程均使用電子集成系統，避免了在測量過程中產生人為的誤差，測量率有效性高。并且在人工測量不適合的地形、天氣等條件下，無人機技術依然可以暢通無阻地進行測量，提升了測量的效率。無人機遙感技術運用到測繪工程中可以改善測繪時產生的人工誤差、縮短測量時間、改善測量結果，最終保障測量率的高效性。在測繪工程的后期的繪圖處理時，精度常常在很大程度上受到人為的影響，認真負責的繪圖人員制圖精美細致，而馬虎的繪圖人員會給整體項目帶來十分惡劣的影響。無人機航測的測量以及制圖只需要少數精干人員即可完成，特別在1：2000及1：1000的小比例尺項目中質量控制甚至遠高于標準，保障整體項目的質量以及公司的口碑。

3.更大的測量范圍與測量尺度

無人機遙感技術在開闊的天空環境中展開測量，可以測量人工測量無法進行的范圍而不受到復雜地形的限制，可以進行高強度的作業不受到體力的限制。如今無人機遙感技術已經可以對小范圍的測量達到較好的精準度，在此基礎上可以逐步將測量范圍與測量尺度擴大。與此同時，測量人員通過無人機的三維成像功能可以觀測到立體的實時影像。

4.更為高效的信息處理

無人機遙感技術能實時地將檢測的地理信息及時地傳送到監測站并快速地處理知識，在檢測目標區間內，無人機運用電子運算在各方面的信息處理都擁有這更快的速度，能夠為提升信息采集效率提供有效的保障，能極大地提高測繪工程的效率與準確性。

四、無人機遙感技術在測繪工程中的應用

通過將激光掃描儀、高分辨率CCD數碼相機以及輕型光學相機等可用于測繪測量的拍照設備安裝上無人機上可以實現無人機的航拍攝影功能。再配置上一定內存的存儲系統以及運行處理系統，可以對實時拍攝到的圖像或是掃描的到的數據進行分析處理并保存或者及時傳送到終端，從而實現無人機遙感技術在測繪工程中的應用。

下面以江西某村為例，具體說明無人機航在測繪過程中的應用，包括了無人機航攝、地形測量、空三加密、地形圖制作、DOM制作和DEM制作、無人機航攝影像成圖精度分析等工序。1.航空攝影。該村采取東西向飛行，平均航攝比例尺為1：23533，平均地面高度為1350米，其相對航高為650米。平均地面分辨率0.13米，滿足1：2000成圖要求。2.空中三角測量。量測外控點時，先量測測區四周的像控點以后進行平差，其它像控點就可以通過預測的功能來找到大概位置達到快速量測目的。接著應用外業工序提供基礎控制點參與計算，提升空三加密的整體精度，測量完后進行最終的平差解算，最后給合適的權值強制平差。進行連接點的交互編輯，根據刺好的控制點進行光束法平差解算，直到加密完成，輸出空中結果。3. DEM、DOM 制作。首先，根據空三加密成果，對無人機航攝的原始影像進行重樣生成核線影像。其次，系統自動匹配三維離散點，得到攝區的DSM。最后，經過自動濾波便可得到DEM。再利用DPGrid系統全自動生成DOM。4.地形圖制作。配合DEM將DOM進行校正，然后在拼接生成完整的區域地圖。最后，將區域整體導入到VirtuoZo NT軟件中進行測圖，生成最終的地形圖。5.無人機航攝影像成圖精度分析。采用GPS快速靜態方式獲取該攝區外業檢查點的坐標數據并進行抽樣精度分析。根據點位中誤差計算結果繪制點位誤差分布圖。點位誤差分布圖更直觀的反映了每個檢查點的誤差分布情況。

五、結語

無人機遙感技術是無人機與感應技術的結合，常用于資源調查管理和監測, 環境監測,災害評估等，并且可以部分替代測繪工程中的大量人工，具有很多優勢且實際應用廣泛。本文對無人機遙感發展現狀和系統構成做了介紹，并分析了在測繪工程中運用無人機遙感技術的優勢，在此基礎上以實例具體地講解了無人機遙感技術在測量工程中的應用步驟。