無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在公路領(lǐng)域的應(yīng)用淺析

韋永浩

摘? ?要：無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)、RS技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)的結(jié)合體，近些年隨著我國(guó)公路事業(yè)不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用也愈加廣泛，為公路建設(shè)、測(cè)繪、巡檢提供了新的解決方案，極大的提升了公路事業(yè)工作效率。基于此，本文首先提出無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的含義與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而探究無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在公路領(lǐng)域中的應(yīng)用，旨在為推動(dòng)公路事業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)? 公路領(lǐng)域? 應(yīng)用? 優(yōu)勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（c）-0064-02

在過(guò)去，公路領(lǐng)域主要是應(yīng)用航天、航空的遙感技術(shù)獲取公路信息，但由于航天、航空遙感技術(shù)成本高，需要配合人工測(cè)量，這也降低了航空、航天遙感技術(shù)的使用效益。而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)（UAVRS）實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)、遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)、POS定位技術(shù)、GNSS差分定位技術(shù)的集成，能夠快速、智能的獲取空間信息，并對(duì)所采集的信息實(shí)時(shí)處理、建模、分析。相對(duì)傳統(tǒng)航天、航空遙感技術(shù)，UAVRS具有全天候、分辨率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、使用靈活等優(yōu)勢(shì)，為推動(dòng)公路事業(yè)發(fā)展提供了新的解決方案。

1? 無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)相關(guān)闡述

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)（UAVRS）是UAV技術(shù)的拓展，主要涵蓋了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)、任務(wù)荷載等，可以實(shí)現(xiàn)飛行、控制、遙感影響、視頻獲取、信息傳遞等多項(xiàng)功能，是多種技術(shù)集成的綜合性信息采集平臺(tái)。其中，UAVRS飛行控制導(dǎo)航系統(tǒng)是核心環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航、定位、自主飛行，其中包括GNSS接收機(jī)、慣性導(dǎo)航、飛控板、轉(zhuǎn)速傳感、空速傳感等，可以根據(jù)預(yù)設(shè)路線飛行，還可以人工對(duì)飛行軌跡進(jìn)行控制。同時(shí)，在公路另有勘測(cè)中，由于對(duì)測(cè)繪精度要求非常高，所以要保證無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)足夠平穩(wěn)，而如今公路領(lǐng)域所應(yīng)用的UAVRS，可以有效控制誤差問(wèn)題，橫滾角度誤差在±3°之內(nèi)、俯仰角誤差在±3°之內(nèi)、航向角誤差在±3°之內(nèi)，符合公路勘察、測(cè)繪要求。

2? UAVRS在公路領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

充分利用UAVRS，為推動(dòng)公路事業(yè)發(fā)展提供先進(jìn)的作業(yè)手段和生產(chǎn)工具，相比傳統(tǒng)遙感技術(shù)，UAVRS的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在如下方面。

2.1 使用靈活

由于UAVRS設(shè)備體積小，所以投入相對(duì)較低，相關(guān)技術(shù)在多年發(fā)展中也較為成熟。同時(shí)，UAVRS使用靈活，根據(jù)公路不同需求自定義模塊，如GPS導(dǎo)航、數(shù)碼城鄉(xiāng)、無(wú)線遙控等。

2.2 測(cè)量精度高

當(dāng)今UAVRS搭載的攝像系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了數(shù)碼相機(jī)水平，均在5000千萬(wàn)像素、cm級(jí)分辨率等級(jí)，在UAVRS拍攝后的視頻、圖片經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字化處理完畢后，結(jié)合建模軟件，可以直接呈現(xiàn)出數(shù)字模型，并繪制出精度高的大比例地形圖。

2.3 效率高

相比人工測(cè)量、巡檢工作，UAVRS不受地形因素影響，可以有效提升巡檢效率，將拍攝數(shù)據(jù)信息帶回分析，不留巡視死角，有效降低了勞動(dòng)力強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，大大提升了工作效率。

2.4 維護(hù)費(fèi)用低

考慮到UAVRS采用模塊化設(shè)計(jì)以及小巧的機(jī)身，讓UAVRS使用、維護(hù)費(fèi)用更低，同時(shí)方便運(yùn)輸、容易掌握，一次性投入之后后續(xù)投入費(fèi)用很少。由于UAVRS是公路管理部門(mén)所有，何時(shí)展開(kāi)公路巡查、勘察等工作由自己決定。

3? UAVRS在公路領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 航攝準(zhǔn)備

在前期準(zhǔn)備工作中，要制定航攝計(jì)劃、設(shè)備檢查、相機(jī)校檢。在計(jì)劃當(dāng)中，通過(guò)GPS影響圖像疊加公路限位，確定巡檢或勘測(cè)任務(wù)范圍，掌握公路地形條件、交通狀況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察找出是否有空中管制、軍事場(chǎng)所，確定無(wú)人機(jī)的起降地，針對(duì)可能產(chǎn)生的緊急情況制定預(yù)案。還需要搭建好飛行平臺(tái)，采用油動(dòng)型無(wú)人機(jī)，最大續(xù)航時(shí)間在6h以上、最大飛行速度為120km/h，UAVRS一次飛行距離大約在500km，搭載高像素?cái)?shù)碼相機(jī)，自動(dòng)調(diào)整焦距。在正式攝影前，要在室內(nèi)校檢場(chǎng)對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變系數(shù)。

3.2 航線設(shè)計(jì)

3.2.1 地面分辨率選擇

地面分辨率選擇中，要根據(jù)不同比例尺航攝成圖標(biāo)準(zhǔn)以及地形條件、航攝基高比、影像用途、測(cè)圖等高距等，在能夠保證成像精度基礎(chǔ)上，縮短成像周期、降低運(yùn)行成本。

3.2.2 航攝分區(qū)

相比傳統(tǒng)航空攝像技術(shù)來(lái)說(shuō)，UAVRS由于體積小，所以電池容量小，在一定程度上影響了續(xù)航、傳感器像幅、單架次航攝面積。考慮到公路線位較長(zhǎng)，所以要?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)分區(qū)分別進(jìn)行航攝。航攝分區(qū)的原則為：（1）航攝布設(shè)與路線走向一致;（2）分區(qū)地形高差通常不大于1/6攝影航高;（3）在能夠保證航線足夠筆直的情況下，盡可能劃大分區(qū)跨度，完整覆蓋整個(gè)航攝區(qū)。

3.3 布設(shè)像控點(diǎn)

像控點(diǎn)布設(shè)為平高點(diǎn)，為了能夠確保UAVRS測(cè)量精度，像控點(diǎn)采用60cm直徑的圓形，泥質(zhì)地面采用白石灰粉，瀝青路面采用白色油漆布設(shè)。航線間隔控制在1km，間隔一條航線布置像片平高點(diǎn)。大多數(shù)情況下，都是在航向或旁向6片重疊范圍布置像控點(diǎn)，盡可能實(shí)現(xiàn)像控點(diǎn)的共用。航攝分區(qū)接合位置，要在航線重疊位置布設(shè)像控點(diǎn)，提升像控點(diǎn)的利用率。采用RTK測(cè)量像控點(diǎn)，每個(gè)像控點(diǎn)都要測(cè)量2次，在2次測(cè)量數(shù)據(jù)差異不大的基礎(chǔ)上取均值，保證測(cè)量精度。

3.4 航空攝影與成果

由于風(fēng)力會(huì)直接影響UAVRS成像效果，所以在航攝過(guò)程中要確保風(fēng)力不大于4級(jí)。在地面監(jiān)控站實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)俯仰角、橫滾角、航向角、空速等參數(shù)，在無(wú)人機(jī)姿態(tài)長(zhǎng)時(shí)間超出線差，必須要第一時(shí)間召回并重新飛行。

UAVRS航攝成果主要有原始圖像、相機(jī)參數(shù)、航線、像片結(jié)合圖、CNSS數(shù)據(jù)。重點(diǎn)檢查影響質(zhì)量、飛行質(zhì)量?jī)刹糠帧Ｒ髷z像質(zhì)量成像清晰、反差適中、層次豐富、色調(diào)柔和，能夠用肉眼看到細(xì)小地物形象，并且滿足模型建設(shè)標(biāo)準(zhǔn);飛行質(zhì)量主要包括像片傾角、重疊度、旋角、航高、航攝漏洞等。

3.5 地形圖精度與分析

采用INPHO全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)空三加密，根據(jù)UAVRS飛行狀況和像控點(diǎn)布設(shè)情況，劃分為多個(gè)區(qū)域網(wǎng)加密。在整理航攝成果之后，應(yīng)用INPHO中的Match-AT模塊，將相機(jī)參數(shù)、POS的文件、控制點(diǎn)成果等信息導(dǎo)入，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出影像金字塔，匹配區(qū)域影響連接點(diǎn)，采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差，導(dǎo)入加密成果和mapmatrix測(cè)圖軟件，這樣即可實(shí)現(xiàn)立體采集數(shù)字線畫(huà)圖數(shù)據(jù)。

在高程差值精度檢測(cè)當(dāng)中，通過(guò)RTK測(cè)量中樁高程，使用UAVRS所獲取的地形圖信息，導(dǎo)入到軟件中生成DTM，在中樁出內(nèi)插對(duì)應(yīng)高程值，與RTK實(shí)際測(cè)量的高程值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，從而得出高程差，以坐標(biāo)系形式展示，其中橫坐標(biāo)表示高程差區(qū)間;縱坐標(biāo)表示中樁點(diǎn)個(gè)數(shù)和差區(qū)間所占比重。比較差值小于0.1m、0.2m的比重決定了測(cè)量精度，大于0.5m的比較差比重在5%以內(nèi)視為合格。在檢查點(diǎn)精度分析層面上，要結(jié)合地形圖地物點(diǎn)三維坐標(biāo)以及RTK實(shí)測(cè)地面三維鎖表對(duì)比計(jì)算誤差，通過(guò)計(jì)算檢查總點(diǎn)和坐標(biāo)差比值即可得到計(jì)算精度標(biāo)準(zhǔn)，誤差比重在5%以內(nèi)視為合格。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用UAVRS可以獲取高分辨率的遙感圖像，并且相比傳統(tǒng)航攝遙感技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，如機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、操控表里、不受氣候條件影響等。通過(guò)UAVRS所獲取的遙感圖像，其平面和高程精度能夠滿足公路勘測(cè)、巡檢的要求，能夠達(dá)到1：2000比例尺精度標(biāo)準(zhǔn)。但UAVRS也并非十全十美，集成高精度POS系統(tǒng)、提升續(xù)航、搭載大像幅等是未來(lái)UAVRS主要的發(fā)展方向。

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