無人機(jī)低空攝影測量在城市測繪保障中的應(yīng)用前景

葉志剛

（內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

0 引言

經(jīng)過長期的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)的技術(shù)完善，無人機(jī)低空攝影技術(shù)已經(jīng)在我國城市測繪行業(yè)奠定了好的基礎(chǔ)。這項(xiàng)技術(shù)在城市規(guī)劃以及三維數(shù)字建模方面有著較好優(yōu)勢，結(jié)合智能化時(shí)代建設(shè)發(fā)展，無人機(jī)低空攝影技術(shù)在地理信息測繪分析中有很高的應(yīng)用價(jià)值。

1 無人機(jī)概念

利用電腦遙控系統(tǒng)對無人機(jī)進(jìn)行遙控，可實(shí)現(xiàn)人不能逾越的障礙物，再進(jìn)行全景拍攝的效果，且操作原理十分簡單，拍攝的圖像更清晰、準(zhǔn)確，因此在城市測繪工程中常被用作低空攝影測量工具。利用無人駕駛飛機(jī)測量城市地形，不僅方便快捷，而且能全方位、立體化地測量城市地形，給城市測繪工作帶來極大的方便，具有傳統(tǒng)測繪無法比擬的優(yōu)勢。

2 無人機(jī)的種類簡述

無人機(jī)主要包含兩種不同類型:其中一種是跟軍用戰(zhàn)斗機(jī)的外形差不多，可以在其中安裝高速攝像機(jī)，然后快速抓拍指定區(qū)域場景，飛行速度很快，一般人察覺不到，大多也應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，森林防火工作有時(shí)也會使用這種無人機(jī)，但是不太適用于城市測繪工作，因?yàn)槌鞘欣龢欠枯^多而且高低錯(cuò)落，布局規(guī)律也比較多樣，這種類型的無人機(jī)速度太快，無法良好運(yùn)行。用于城市測繪的無人機(jī)是第二種叫做擺臂式的帶有幾個(gè)螺旋槳的無人機(jī)，這種無人機(jī)成本不高。它的特點(diǎn)時(shí)飛行速度比較慢，穩(wěn)定性強(qiáng)，可用于低空攝影測量，結(jié)合高清拍攝儀器和一定的防抖措施，能夠拍到高清的城市面貌圖。

3 無人機(jī)低空攝影測量的特點(diǎn)及優(yōu)勢

結(jié)合導(dǎo)航技術(shù)以及攝影技術(shù)，無人機(jī)低空攝影技術(shù)有以下特點(diǎn)。首先，測量方式簡單，可以實(shí)現(xiàn)自動化測量，且設(shè)備輕便。其次，測量精度高，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行精確控制，整個(gè)操作系統(tǒng)靈活，方便，適用范圍廣。最后，無人機(jī)低空攝影技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)方便用戶操作的應(yīng)急保護(hù)措施。

無人機(jī)低空攝影技術(shù)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在特殊的運(yùn)行環(huán)境中，能克服氣候影響，該技術(shù)靈活，易于操作，可應(yīng)用于多個(gè)場景和多個(gè)建筑的角度。即使無人機(jī)設(shè)備發(fā)生故障，它也不會對周圍人員造成危害。并且能夠及時(shí)保存部分特殊數(shù)據(jù)并向操作員提供幫助。可以看出，無人機(jī)的測量具有很高的安全性和實(shí)用性。

該技術(shù)在城市測繪的運(yùn)用中，主要由以下優(yōu)勢。

首先，無人機(jī)低空攝影技術(shù)的高精度可以通過降低成本，改善人力和物力方面的浪費(fèi)，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)降低測繪成本。

其次，測繪技術(shù)在數(shù)字信息技術(shù)的影響下，具有更準(zhǔn)確的分辨率。過去，城市測繪技術(shù)使用GNSS 和遙感技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和制圖，并且測試結(jié)果易受外部環(huán)境的影響，從而降低了測繪的質(zhì)量，而低分辨率也很難保證測繪的質(zhì)量。但是，無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)可以減少物理因素對測試結(jié)果的影響，并且可以對各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行多角度測量，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，并將其高分辨率呈現(xiàn)。

4 無人機(jī)在城市測繪中的應(yīng)用

4.1 智能化城市建設(shè)

21世紀(jì)的智慧城市建設(shè)隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，主要具有以下特點(diǎn)。

第一，可以實(shí)時(shí)跟蹤城市數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)多方位的準(zhǔn)確檢測，建立準(zhǔn)確的3D城市模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，減少手動操作難度并最終改善測繪效率。

第二，在進(jìn)行無人機(jī)低空攝影時(shí)，必須由相關(guān)人員將測繪數(shù)據(jù)需求相結(jié)合，以增強(qiáng)合理區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)測量控制，并選擇具有代表性的數(shù)據(jù)點(diǎn)，例如城市地標(biāo)點(diǎn)與邊境區(qū)域點(diǎn)。測量點(diǎn)的選取是提高整個(gè)測量過程中數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性并提高操作效率的關(guān)鍵。

此外，為了優(yōu)化智能城市的可視化建設(shè)，攝影人員使用無人機(jī)進(jìn)行低空攝影測量時(shí)，需要注意測繪數(shù)據(jù)的綜合利用和重復(fù)使用。例如，可以通過在無人機(jī)機(jī)身上安裝全角鏡頭并結(jié)合鏡頭安裝和旋轉(zhuǎn)設(shè)置，使勘測員可以模擬全景鏡頭，為數(shù)據(jù)分析和后期建模提供更準(zhǔn)確和可視的數(shù)據(jù)。在后處理過程中將色調(diào)匹配和采集到精確的數(shù)據(jù)參數(shù)相結(jié)合，可優(yōu)化遙感信息的采集，實(shí)現(xiàn)了精確的數(shù)據(jù)輸出和輸入。能夠有效支持?jǐn)?shù)據(jù)匹配和智能化建設(shè)，改善了數(shù)據(jù)連接點(diǎn)并結(jié)合區(qū)域網(wǎng)的計(jì)算和分析，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)智能數(shù)據(jù)填充來簡化整個(gè)數(shù)據(jù)。

4.2 區(qū)域測繪

關(guān)于基于3D 建模基礎(chǔ)架構(gòu)的無人機(jī)技術(shù)的操作，該技術(shù)可應(yīng)用于特殊高度的測繪，對于突破當(dāng)?shù)亟ㄖ锏臉?biāo)高具有重要意義。例如，無人機(jī)低空攝影技術(shù)可以消除地理缺陷，并在某些高海拔地區(qū)獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析和技術(shù)創(chuàng)新中，測繪技術(shù)已經(jīng)可以測量海拔5500 米以上的建筑物并保持城鄉(xiāng)顯示很清楚，以后可以用作測繪數(shù)據(jù)中介的基礎(chǔ)。

同時(shí)，借助無人機(jī)技術(shù)和安裝在機(jī)身上的攝像機(jī)，可以隨時(shí)采集地理信息，以實(shí)現(xiàn)測量1:2000 平方公里約6800 平方公里的大比例尺地地形圖，為中國的城市化規(guī)劃和土地改革奠定了基礎(chǔ)。借助無人機(jī)技術(shù)，全面提高了測繪的效率和質(zhì)量，并且為多區(qū)域的建筑提供了更清晰的數(shù)據(jù)規(guī)劃圖，以減少外業(yè)數(shù)據(jù)測量造成的人力資源浪費(fèi)。

5 無人機(jī)低空攝影的發(fā)展前景

5.1 有序化測繪調(diào)控技術(shù)

使用無人機(jī)進(jìn)行地形測量時(shí)，可控制影像數(shù)據(jù)以提高控制水平。當(dāng)前，無人機(jī)不僅有效地結(jié)合了攝影和遙控飛行技術(shù)，而且還使用特定的導(dǎo)航系統(tǒng)來劃分飛行區(qū)域。如果條件允許，還可以對拍攝時(shí)間進(jìn)行定時(shí)。使用導(dǎo)航功能，可以更精確地設(shè)置拍攝位置。對于需要更高精確度的測量，必須首先執(zhí)行控制點(diǎn)的定位。最好將控制點(diǎn)設(shè)置在拐角處，并在該點(diǎn)周圍添加一個(gè)更加明確的參考對象，以方便后續(xù)的測量和定位。

5.2 空中三角測繪技術(shù)

作為一項(xiàng)較為發(fā)達(dá)的技術(shù)，空中三角測量技術(shù)也是低空攝影技術(shù)轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要渠道。首先，航空攝影三角技術(shù)結(jié)合數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)的分析，能夠?qū)y量控制進(jìn)行二次化加密。其次，借助攝影分析的方式，并結(jié)合測繪內(nèi)業(yè)和數(shù)字化產(chǎn)品的分析，可優(yōu)化整個(gè)數(shù)字測繪。最后，結(jié)合攝影測量法，可以向外方位處理所有數(shù)據(jù)以進(jìn)行分析，并且無人機(jī)測繪幾何翻轉(zhuǎn)處理可以優(yōu)化整個(gè)內(nèi)業(yè)結(jié)構(gòu)，并提高無人機(jī)攝影和制圖技術(shù)的實(shí)用性。

5.3 在智能建筑變形監(jiān)測的應(yīng)用

信息社會背景下，智慧城市快速發(fā)展。把攝影測量和遙感技術(shù)結(jié)合起來，可以有效地對城市建筑的變形進(jìn)行監(jiān)測。在信息化建設(shè)過程中，能有效地對高層建筑的傳感設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和監(jiān)測建筑變形。并利用地面坐標(biāo)系將其轉(zhuǎn)化為施工圖。根據(jù)具體的地標(biāo)數(shù)據(jù)建立坐標(biāo)系統(tǒng)和采集工作。若資料的內(nèi)部變形周期穩(wěn)定，則施工或工程變形均可正常進(jìn)行。智能建筑系統(tǒng)在出現(xiàn)新的變數(shù)時(shí)，會向應(yīng)急中心傳送數(shù)據(jù)，應(yīng)急中心會發(fā)出警報(bào)，提醒城市智能系統(tǒng)自動打開安全通道，實(shí)現(xiàn)疏散和應(yīng)急響應(yīng)。

5.4 在城市變化信息提取中的作用

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的攝影測量與遙感技術(shù)，在測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，與其它類型的傳感器直接相關(guān)，如高分辨率遙感衛(wèi)星攝影測量物體密集點(diǎn)云、密集點(diǎn)云的動作攝影掃描儀、城市建筑測繪 POS 系統(tǒng)、山形等，最終實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。利用照相測量和遙感技術(shù)，直接確定地面點(diǎn)云提取的特征對象結(jié)構(gòu)，基于三維點(diǎn)云的特征點(diǎn)，再進(jìn)行顏色繪圖，提取特征點(diǎn)，構(gòu)成金字塔形圖像。

5.5 在智能建筑與智慧城市中的應(yīng)用

對于一般的對象來說，對象模型可以由數(shù)學(xué)模型組成，當(dāng)規(guī)則不同，表面粗糙時(shí)，對象模型無法通過簡單的構(gòu)造實(shí)體模型計(jì)算出來。照相測量遙感技術(shù)、智能建筑、智能化及應(yīng)用，主要是利用透視法來確定觀察對象周圍各點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)的調(diào)整來建立模型，測量傳遞點(diǎn)的基準(zhǔn)面，最后對模型進(jìn)行精度處理，確定適當(dāng)?shù)墓ぞ咚剑?fù)雜的三維實(shí)體模型。

6 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)在城市測繪中發(fā)揮了重要作用。其拍攝的照片清晰度高，立體感強(qiáng)，操作全面，操作簡便，成本低廉，對傳統(tǒng)的城市測繪方法進(jìn)行了優(yōu)化。中國在軍事和民用領(lǐng)域?qū)o人機(jī)進(jìn)行了深入的研究和應(yīng)用，大大提高了無人機(jī)的使用價(jià)值，為中國的安全工作和城市發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。由于發(fā)展?jié)摿薮螅瑹o人機(jī)的應(yīng)用范圍將在未來繼續(xù)加深。