無人機航測在工程測繪中的應用研究

文/高飛 遼寧天宇巖土工程有限責任公司 遼寧沈陽 110044

我國測繪技術經(jīng)過多年發(fā)展，已取得豐碩發(fā)展成果，尤其以航空遙感為代表的一系列大飛機、衛(wèi)星、無人機遙感技術在社會生產(chǎn)生活中有著廣泛應用，極大地推動了工程建設、應急測繪等工作順利進行。其中，無人機航測技術比其它航測技術具有高精度、成本低、操作簡單等優(yōu)勢，但同時還存在一些影像畸變、影像傾斜角等問題，所以在應用時需要測繪人員結(jié)合測繪對象，在充分把握各項航測技術優(yōu)缺點基礎上，從中選擇最優(yōu)航測技術，提高工作質(zhì)量和效率。

1、無人機航測系統(tǒng)的優(yōu)點與缺點

1.1 無人機航測系統(tǒng)的優(yōu)點

首先在優(yōu)點方面，航測技術成本低，無人機進行相關區(qū)域地理信息的測定時，全部測定工作由無人機來進行，無需駕駛?cè)藛T駕駛即可直接快捷地開展各項工作，不用額外花費資金在飛行器上安裝安全裝備和駕駛儀，無人機整體生產(chǎn)使用資金少，搭載裝備少，整個機型也比較小，占地面積不大。無人機也可以直接進行拆卸與折疊，此類飛行器大量運輸時按照機型說明直接進行折疊運輸，運輸花費也相對較少。無人機航測技術具有靈活迅速的優(yōu)點，在應用期間如果需要測繪數(shù)據(jù)對象為自然災害事件時，可以及時獲取災害發(fā)生地點最新遙感數(shù)據(jù)信息。發(fā)生災害后事故現(xiàn)場情況通常較為復雜，大部分情況下有人機或者搜救人員無法及時進入相應區(qū)域，導致災后信息獲取延遲，事故處理小組無法及時且科學部署救災計劃。但是通過無人機可以在較小干擾影響下直接飛入災區(qū)獲得事故發(fā)生后第一手信息，航測飛機飛行準備時間短，勘測時反應非常靈敏，上升速度很快，非常適合用于災后救援。無人機航測技術還具有飛行高度較低的優(yōu)勢，航測時飛行高度越高，獲得數(shù)據(jù)誤差越大，會和實際數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異，所以無人機可以有效改善常規(guī)航測影像精度差的問題，通過低高度飛行可以得到高精度比例尺的影像圖，尤其對局部信息獲取有極高成功率。無人機低空航測時大部分測繪飛行都是在云層之下，所以多云天氣不會對測繪結(jié)果產(chǎn)生不良影響。

1.2 無人機航測系統(tǒng)的缺點

在缺點方面，無人機航測存在安全問題，即航測時無人機缺乏安全防護措施，容易出現(xiàn)故障問題影響測繪工作質(zhì)量，并且故障發(fā)生后沒有相配套的應急對策，如果一直在故障狀態(tài)下測繪，數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證。同時還具有穩(wěn)定性差等問題，無人機由于不需要駕駛員來駕駛，所以設備整體結(jié)構(gòu)非常簡單，質(zhì)量較輕，外形小巧，在飛行航測時遇到強氣流，容易發(fā)生機身偏離既定軌道問題，由此獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量也會受到嚴重影響。目前用于航測的很多類型無人機具備航線自動調(diào)整功能，但是飛機部分角度偏移屬于無規(guī)律可循的問題，自動調(diào)整功能在一些情況下無法進行合理調(diào)整。

2、無人機航測系統(tǒng)的組成

無人機航測系統(tǒng)的飛行平臺是無人駕駛器，通過負載數(shù)碼相機來展開拍攝，通過相關的航測數(shù)據(jù)處理軟件來對數(shù)據(jù)進行相應的處理，關鍵的組成部分有：地面信息處理和接受設備、遙控設備、通信設備、影像獲取設備、飛行控制系統(tǒng)以及無人機飛行平臺等。從基本構(gòu)成來看，無人機航測系統(tǒng)由地面配套設備以及無人機飛行平臺構(gòu)成，地面配套設備由數(shù)據(jù)處設備、信息接受設備以及地面遙控設備構(gòu)成，無人機飛行平臺由影像獲取設備和飛行控制系統(tǒng)構(gòu)成。從無人機飛行平臺來看，其是傳感器和導航器設備的主要載體，通常要求其載重要高于 2kg，續(xù)航時間至少為1.5h，巡航速度需要控制在60～160km/h，搭載設備相應任務倉的體積需要超過12500cm 3，抗風能力至少要控制在4級以上，機身翼展和長度要控制在 2～3m，起飛的方式有2種：彈射架起飛和跑道起飛；回收方式也有2種：降落傘降落和跑道降落從飛行控制系統(tǒng)來看，其主要包括傳速傳感器、氣壓傳感器、空速傳感器、慣性導航系統(tǒng)、GPS 接收機以及飛行控制面板等，同時操作員能夠利用自主飛行、控制程序以及人工控制3種模式來進行航空作業(yè)。從地面遙控系統(tǒng)來看，其主要包括無線電收發(fā)裝置、地面遙控平臺、地面控制中心計算機等，能夠在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實時輔助下，對飛行平臺的電源能耗、距離、方位、航向、航跡、空速、高度以及飛行姿態(tài)進行存儲，進而在地面無線電遙控系統(tǒng)的輔助下，將控制指令和數(shù)據(jù)發(fā)送給飛控系統(tǒng)，使得無人機能夠在地面操作人員的指揮下，能夠完成飛行。從影像獲取設備來看，其主要使用的是面陣CCD 數(shù)字相機，按照相機所具備的幾何成像模型，對相機進行校檢，進而獲取到相機自身的內(nèi)外參數(shù)。在必要情況下，需要通過特殊手段對相機進行檢測，對每一個像元自身的畸變量進行測定，目前，主要應用的相機是EOS 450D和5DMarkⅡ。從通信設備來看，其主要是由地面和空中2個部分所構(gòu)成，比如，數(shù)據(jù)傳輸、天線以及電臺等，使得飛行控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控站之間能夠完成控制指令和數(shù)據(jù)傳輸，并且無人機和地面監(jiān)控站的相對距離至少要是 10km。

3、無人機航測在工程測繪中的應用

3.1 無人機像控測量和影像快速拼接

和傳統(tǒng)航測不同，無人機在像控測量時，獲取到的影像數(shù)量比較多，且像幅較小，多數(shù)都是應急測繪，不太適合于通過沖印相片來對像控進行測量。與此同時，測量區(qū)域范圍之內(nèi)所包含的特征點一般比較多，故而在航飛之后，在進行像控測量時，獲取到的像控點一般都在測區(qū)內(nèi)部均勻分布，在色彩鮮艷的對比度上，比較明顯，同時在影像方面具有較高的辨識度。當獲取到影像后，快速地檢查其質(zhì)量，一旦和規(guī)范標準符合并在畸變預處理之后，按照每一張影像本身所對應的相關 POS數(shù)據(jù)，來對測區(qū)影像進行快速的拼接。

3.2 空中三角測量

通過無人機處理軟件來進行空三加密的計算，該軟件在自動化程度上比較高，通常處理過程只需要控制點文件、相機參數(shù)文件、POS 數(shù)據(jù)以及原始影像的準備。因為航線是呈 T 型形狀的，故而為了處理的方便性，通常的構(gòu)建航線是東航線和西航線，之后再通過 POS 數(shù)據(jù)來實現(xiàn)自動化的航帶創(chuàng)建，對連接點進行自動的匹配以及提取，并自動地對粗點和差點進行挑取，檢查好測區(qū)內(nèi)部連接點的分布是否足夠均勻，對部分連接點進行手動增加，從而確保航線和模型之間的連接強度滿足要求。同時需要注意的是，在加點過程中，要確保與影像邊緣的距離要足夠大，防止相片邊緣發(fā)生比較大的變形。

結(jié)語：

總而言之，將無人機航測技術應用在工程測繪當中，可以顯著增強測繪精度，縮短周期，提高效率，彌補了傳統(tǒng)航測技術的顯著缺點，提高了航測的精確性，與此同時，還降低消耗成本，優(yōu)勢較為顯著。然而需要注意的是，要想使得工程測繪的精確度和準確性顯著提高，還需要對該技術進行進一步的完善，使得其能夠最大限度地滿足工程在勘測過程中的需要，從而提高工程的質(zhì)量。