無人機遙感技術在公路領域的應用淺析

韋永浩

摘? ?要：無人機遙感技術作為計算機技術、RS技術、無人機技術的結合體，近些年隨著我國公路事業不斷發展，無人機遙感技術的應用也愈加廣泛，為公路建設、測繪、巡檢提供了新的解決方案，極大的提升了公路事業工作效率。基于此，本文首先提出無人機遙感技術的含義與應用優勢，進而探究無人機遙感技術在公路領域中的應用，旨在為推動公路事業發展提供技術支持。

關鍵詞：無人機遙感技術? 公路領域? 應用? 優勢

中圖分類號：U412.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（c）-0064-02

在過去，公路領域主要是應用航天、航空的遙感技術獲取公路信息，但由于航天、航空遙感技術成本高，需要配合人工測量，這也降低了航空、航天遙感技術的使用效益。而無人機遙感技術（UAVRS）實現了計算機、遙感技術、無人機技術、POS定位技術、GNSS差分定位技術的集成，能夠快速、智能的獲取空間信息，并對所采集的信息實時處理、建模、分析。相對傳統航天、航空遙感技術，UAVRS具有全天候、分辨率高、實時性強、使用靈活等優勢，為推動公路事業發展提供了新的解決方案。

1? 無人機遙感系統相關闡述

無人機遙感技術（UAVRS）是UAV技術的拓展，主要涵蓋了無人機系統、地面保障系統、任務荷載等，可以實現飛行、控制、遙感影響、視頻獲取、信息傳遞等多項功能，是多種技術集成的綜合性信息采集平臺。其中，UAVRS飛行控制導航系統是核心環節，可以實現無人機的導航、定位、自主飛行，其中包括GNSS接收機、慣性導航、飛控板、轉速傳感、空速傳感等，可以根據預設路線飛行，還可以人工對飛行軌跡進行控制。同時，在公路另有勘測中，由于對測繪精度要求非常高，所以要保證無人機飛行姿態足夠平穩，而如今公路領域所應用的UAVRS，可以有效控制誤差問題，橫滾角度誤差在±3°之內、俯仰角誤差在±3°之內、航向角誤差在±3°之內，符合公路勘察、測繪要求。

2? UAVRS在公路領域中的應用優勢

充分利用UAVRS，為推動公路事業發展提供先進的作業手段和生產工具，相比傳統遙感技術，UAVRS的優勢表現在如下方面。

2.1 使用靈活

由于UAVRS設備體積小，所以投入相對較低，相關技術在多年發展中也較為成熟。同時，UAVRS使用靈活，根據公路不同需求自定義模塊，如GPS導航、數碼城鄉、無線遙控等。

2.2 測量精度高

當今UAVRS搭載的攝像系統已經達到了數碼相機水平，均在5000千萬像素、cm級分辨率等級，在UAVRS拍攝后的視頻、圖片經過計算機數字化處理完畢后，結合建模軟件，可以直接呈現出數字模型，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，將拍攝數據信息帶回分析，不留巡視死角，有效降低了勞動力強度和作業風險，大大提升了工作效率。

2.4 維護費用低

考慮到UAVRS采用模塊化設計以及小巧的機身，讓UAVRS使用、維護費用更低，同時方便運輸、容易掌握，一次性投入之后后續投入費用很少。由于UAVRS是公路管理部門所有，何時展開公路巡查、勘察等工作由自己決定。

3? UAVRS在公路領域中的應用

3.1 航攝準備

在前期準備工作中，要制定航攝計劃、設備檢查、相機校檢。在計劃當中，通過GPS影響圖像疊加公路限位，確定巡檢或勘測任務范圍，掌握公路地形條件、交通狀況，通過現場勘察找出是否有空中管制、軍事場所，確定無人機的起降地，針對可能產生的緊急情況制定預案。還需要搭建好飛行平臺，采用油動型無人機，最大續航時間在6h以上、最大飛行速度為120km/h，UAVRS一次飛行距離大約在500km，搭載高像素數碼相機，自動調整焦距。在正式攝影前，要在室內校檢場對相機進行標定，獲取相機內方位元素和畸變系數。

3.2 航線設計

3.2.1 地面分辨率選擇

地面分辨率選擇中，要根據不同比例尺航攝成圖標準以及地形條件、航攝基高比、影像用途、測圖等高距等，在能夠保證成像精度基礎上，縮短成像周期、降低運行成本。

3.2.2 航攝分區

相比傳統航空攝像技術來說，UAVRS由于體積小，所以電池容量小，在一定程度上影響了續航、傳感器像幅、單架次航攝面積。考慮到公路線位較長，所以要劃分為多個分區分別進行航攝。航攝分區的原則為：（1）航攝布設與路線走向一致;（2）分區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，盡可能劃大分區跨度，完整覆蓋整個航攝區。

3.3 布設像控點

像控點布設為平高點，為了能夠確保UAVRS測量精度，像控點采用60cm直徑的圓形，泥質地面采用白石灰粉，瀝青路面采用白色油漆布設。航線間隔控制在1km，間隔一條航線布置像片平高點。大多數情況下，都是在航向或旁向6片重疊范圍布置像控點，盡可能實現像控點的共用。航攝分區接合位置，要在航線重疊位置布設像控點，提升像控點的利用率。采用RTK測量像控點，每個像控點都要測量2次，在2次測量數據差異不大的基礎上取均值，保證測量精度。

3.4 航空攝影與成果

由于風力會直接影響UAVRS成像效果，所以在航攝過程中要確保風力不大于4級。在地面監控站實時監控無人機俯仰角、橫滾角、航向角、空速等參數，在無人機姿態長時間超出線差，必須要第一時間召回并重新飛行。

UAVRS航攝成果主要有原始圖像、相機參數、航線、像片結合圖、CNSS數據。重點檢查影響質量、飛行質量兩部分。要求攝像質量成像清晰、反差適中、層次豐富、色調柔和，能夠用肉眼看到細小地物形象，并且滿足模型建設標準;飛行質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全數字攝影測量系統對空三加密，根據UAVRS飛行狀況和像控點布設情況，劃分為多個區域網加密。在整理航攝成果之后，應用INPHO中的Match-AT模塊，將相機參數、POS的文件、控制點成果等信息導入，系統會計算出影像金字塔，匹配區域影響連接點，采用光束法區域網平差，導入加密成果和mapmatrix測圖軟件，這樣即可實現立體采集數字線畫圖數據。

在高程差值精度檢測當中，通過RTK測量中樁高程，使用UAVRS所獲取的地形圖信息，導入到軟件中生成DTM，在中樁出內插對應高程值，與RTK實際測量的高程值進行數據對比，從而得出高程差，以坐標系形式展示，其中橫坐標表示高程差區間;縱坐標表示中樁點個數和差區間所占比重。比較差值小于0.1m、0.2m的比重決定了測量精度，大于0.5m的比較差比重在5%以內視為合格。在檢查點精度分析層面上，要結合地形圖地物點三維坐標以及RTK實測地面三維鎖表對比計算誤差，通過計算檢查總點和坐標差比值即可得到計算精度標準，誤差比重在5%以內視為合格。

4? 結語

綜上所述，應用UAVRS可以獲取高分辨率的遙感圖像，并且相比傳統航攝遙感技術更具優勢，如機動性強、操控表里、不受氣候條件影響等。通過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、巡檢的要求，能夠達到1：2000比例尺精度標準。但UAVRS也并非十全十美，集成高精度POS系統、提升續航、搭載大像幅等是未來UAVRS主要的發展方向。

參考文獻

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