無人機(jī)航測技術(shù)及其在地形測繪工作中的應(yīng)用探討

趙帥華

（重慶市地勘局南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 401147）

無人機(jī)技術(shù)是當(dāng)前非常盛行的一種新興技術(shù)，在當(dāng)前的地形測量工作中應(yīng)用無人機(jī)航測技術(shù)的效果較好。無人機(jī)航測系統(tǒng)是一種結(jié)合了無人機(jī)設(shè)備、地面保障及控制系統(tǒng)以及拍攝測量設(shè)備及控制系統(tǒng)的一種能夠在無人飛行器飛行中進(jìn)行測量及控制的技術(shù)系統(tǒng)。在測量測繪工作中運(yùn)用無人機(jī)航測技術(shù)可以降低人工測量測繪的操作難度，為區(qū)域地形地貌信息收集提供技術(shù)保障。

1 無人機(jī)航測技術(shù)概述

所謂無人機(jī)航測技術(shù)就是由無人機(jī)搭載攝影及遙感等技術(shù)設(shè)備，在低空飛行中對一定區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行測量測繪的新型測量技術(shù)。無人機(jī)航測技術(shù)的運(yùn)行基礎(chǔ)就是無人機(jī)精確定位飛行、精準(zhǔn)攝影及遙感、無線通信控制技術(shù)、GPS 等。我國當(dāng)前科技發(fā)展非常迅猛，相關(guān)技術(shù)的不斷更新也給無人機(jī)技術(shù)發(fā)展提供了巨大推動力，無人機(jī)航測的智能性及運(yùn)行可靠性在這一環(huán)境下也在不斷優(yōu)化提升。無人機(jī)航測技術(shù)具有如下特點(diǎn)：（1）無人飛行器的起降非常便利。很多傳統(tǒng)航測技術(shù)執(zhí)行時起降條件要求較為嚴(yán)格，尤其是直升機(jī)航攝技術(shù)運(yùn)行時還需飛行申請，這點(diǎn)上無人機(jī)的優(yōu)勢非常突出，無人機(jī)對于起降及飛行環(huán)境的要求及影響都不大，起降及飛行操控非常便利。（2）測繪工作的效率非常高。我國過去的測量技術(shù)在面對一些地形復(fù)雜、存在云霧遮蓋情況的地區(qū)測量測繪時容易出現(xiàn)測繪偏差，同時測繪測量工作的推進(jìn)也會非常艱難，甚至部分地區(qū)是無法人工測繪的。采用無人機(jī)則可以輕松到達(dá)這些地形復(fù)雜區(qū)域的內(nèi)部進(jìn)行拍攝與測量，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況對拍攝點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，有效提升無人機(jī)航測工作的綜合效率。

2 無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用于地形測繪過程的優(yōu)勢

2.1 測繪結(jié)果可以得到實(shí)時反饋

無人機(jī)航測技術(shù)融合到地形測繪工作中時通常會采用正射影像圖拍攝技術(shù)，這一技術(shù)影像圖具有非常高的分辨率，并且能夠?qū)y量測繪區(qū)域內(nèi)的水利及道路情況進(jìn)行較高真實(shí)性的展示，為測繪測量工作后期內(nèi)業(yè)工作效果優(yōu)化提供技術(shù)基礎(chǔ)，并且無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用中能夠?qū)δ繕?biāo)測量隊(duì)形的全貌進(jìn)行有效縮放，對于測繪工作的不同需求進(jìn)行滿足，其測繪效果也非常符合地形測量工作的要求。

2.2 測量測繪工作的結(jié)果具有較高精準(zhǔn)度

通常在無人機(jī)航測技術(shù)操作過程中，無人飛行器在低空飛行的過程中會搭載高清攝像設(shè)備，并利用GPS 技術(shù)針對目標(biāo)測量區(qū)域中的對象進(jìn)行實(shí)地測繪，無人機(jī)航測的信息數(shù)據(jù)還要通過內(nèi)業(yè)處理，提升誤差控制效果及測繪精度，為后期地形測繪信息的綜合利用提供基礎(chǔ)條件。如果后期還需進(jìn)一步提升測量測繪工作的分辨率，還可以利用無人機(jī)重復(fù)測量，測量效率較高，操作也非常簡便快捷。

2.3 能夠優(yōu)化地形測量測繪工作的成果

由于無人機(jī)航測系統(tǒng)能夠形成具有非常高分辨率的信息利用效率較高的正射影像圖，有利于在實(shí)際測量測繪工作中對過去的資料進(jìn)行科學(xué)比對，以分析相應(yīng)測量地區(qū)的實(shí)際地形地理信息變化情況，為區(qū)域內(nèi)地形測量工作的綜合效果優(yōu)化提供保障。由于無人機(jī)航測成果的真實(shí)性非常高，測量過程中形成的影像圖也具有較高分辨率，測量測繪工作中結(jié)合GPS 及遙感技術(shù)對影像信息進(jìn)行綜合分析，就能夠獲得非常真實(shí)、可靠的測繪區(qū)域測圖。

3 無人機(jī)航測進(jìn)行地形測繪工作的主要控制要點(diǎn)

3.1 控制無人機(jī)飛行姿態(tài)

由于無人飛行器在飛行中的姿態(tài)對于其航攝效果影響較大，同時對于后期測圖成圖效果也有較大影響，因此在其飛行中應(yīng)盡量做到如下控制工作：（1）在無人機(jī)飛行前要依照規(guī)范要求對航攝儀器進(jìn)行科學(xué)安裝及調(diào)試，并保證航攝儀器與機(jī)身之間連接穩(wěn)定。（2）延航線起飛拍攝之前，需要捕捉好無人機(jī)飛行中立位，經(jīng)過調(diào)試保證其航攝操作過程能夠處于最佳狀態(tài)及位置。（3）由于風(fēng)向及降雨會對無人機(jī)拍攝造成影響，因此在航攝操作前要對惡劣天氣進(jìn)行規(guī)避，如果有微風(fēng)則要對風(fēng)向?qū)τ诤骄€的影響有清晰的認(rèn)識，通過經(jīng)驗(yàn)及多次調(diào)試保證航測過程與航線設(shè)計(jì)相一致，無人機(jī)航測效果符合預(yù)期。

3.2 優(yōu)化無人機(jī)航線設(shè)計(jì)

由于在無人機(jī)航測過程中對于航攝精度有較大影響的主要因素之一就是航線設(shè)計(jì)，無人機(jī)航線設(shè)計(jì)工作必須結(jié)合無人機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)及所需測量對象區(qū)域的地形及地貌特征進(jìn)行全面分析，就作業(yè)精度與作業(yè)范圍進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，而后才能進(jìn)行航線設(shè)計(jì)規(guī)劃。（1）針對航線覆蓋需求進(jìn)行分析，而后通過設(shè)計(jì)保證能夠全部設(shè)計(jì)航測目標(biāo)物，同時保證區(qū)域內(nèi)地形高度差應(yīng)保持在航高1/6 以內(nèi)。（2）針對航線進(jìn)行設(shè)計(jì)時，要盡量保證航線沒有落水點(diǎn)，并要對側(cè)風(fēng)飛行的影響有充分認(rèn)識，避免其對航線飛行造成影響。（3）由于天氣對于無人機(jī)航測過程中的飛行控制及精準(zhǔn)度有一定的影響，因此在設(shè)計(jì)中要做好拍攝間距及航線間距的控制設(shè)置，保證航測精度。

3.3 嚴(yán)格檢校鏡頭

無人機(jī)航攝過程中所獲取的影像圖通常會存在一定的畸變問題，特別是一些影響圖的邊遠(yuǎn)區(qū)域，變形會更加明顯，所以在進(jìn)行無人機(jī)航測過程中必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢校，對其中的畸變部分進(jìn)行全面參數(shù)矯正能夠優(yōu)化影像圖的精準(zhǔn)效果。由于無人機(jī)航攝儀器在運(yùn)行使用中因?yàn)轱w行而導(dǎo)致的震動等也會導(dǎo)致其發(fā)生參數(shù)變化，因此在飛行測量工作中要注意鏡頭問題，積極對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢校與糾正。

3.4 科學(xué)布設(shè)像控點(diǎn)

無人機(jī)航測推進(jìn)中由于通常所獲取的影像資料規(guī)格較大并且其中會有部分影像重疊，因此其航線數(shù)量設(shè)置需求較高，并且最終獲取的航測影像圖片也相對較多，為了保證航測工作的精確性必須對其像控點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)。（1）就地形測繪目標(biāo)區(qū)域的地形情況進(jìn)行綜合分析，而后探討像控點(diǎn)的布設(shè)需求，要綜合多種地物特征情況進(jìn)行全面的像控點(diǎn)設(shè)置。（2）進(jìn)行像控點(diǎn)設(shè)置工作時緊要保證影像六度重疊。

4 無人機(jī)航測技術(shù)在地形測繪實(shí)際案例中的應(yīng)用

某市為了滿足當(dāng)?shù)氐穆糜我?guī)劃、設(shè)計(jì)和管理的需求，需要對區(qū)域內(nèi)面積約為31km2的重點(diǎn)村落進(jìn)行地形圖的繪制，從而為未來旅游發(fā)展的規(guī)劃制定提供數(shù)據(jù)支持。由于所測量區(qū)域地形較為復(fù)雜，山脈丘陵地形較多，再加上該地區(qū)陰雨天氣較多，如果采用傳統(tǒng)的野外作業(yè)方案，不僅無法在預(yù)定的工期內(nèi)完成地形測繪任務(wù)，而且安全系數(shù)較低。因此，本工程計(jì)劃采用無人機(jī)航攝技術(shù)完成目標(biāo)區(qū)域的地形測繪工作。

4.1 作業(yè)流程

本工程無人機(jī)航攝的作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 無人機(jī)航測技術(shù)流程圖

4.2 航線規(guī)劃和測區(qū)劃分

結(jié)合本區(qū)域內(nèi)的地形地貌特點(diǎn)，在進(jìn)行無人機(jī)航攝航線規(guī)劃過程中，為了確保航攝的安全性，應(yīng)盡量確保航線范圍內(nèi)沒有障礙物。同時采用1 ∶10000 的地形圖對無人機(jī)的飛行高度進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷，確保其始終處于較高的安全飛行區(qū)域。除此以外，針對測區(qū)進(jìn)行科學(xué)劃分的過程中，通過對地形測繪精度需求差異情況的分析對測區(qū)進(jìn)行精度差異劃分，山頭精度需求相對較低，而山谷較高，據(jù)此進(jìn)行測區(qū)劃分會更加科學(xué)，測區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中要做好山勢分析，防止尤其由于混亂氣流影響而導(dǎo)致無人機(jī)航攝的精準(zhǔn)度以及飛行安全。

4.3 像控布設(shè)

本工程在進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)時，計(jì)劃采用400m 邊長的正方形格網(wǎng)進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)，每一個角點(diǎn)都作為像控點(diǎn)的圖像信息采集區(qū)域。結(jié)合本工程的實(shí)際要求，在測區(qū)的外圍，適當(dāng)?shù)倪x擇一些凹凸處作為新增的像控點(diǎn)。

4.4 空三解算

本工程采用DPGrid 對所采集到的影像進(jìn)行空三加密和平差解算，從而有效的處理影像資料中存在的畸變大、偏角、滾角較大等問題。此外，該軟件還可以快速的生成大量高精度和高強(qiáng)度的模型連接點(diǎn)，滿足本工程大比例測圖的需求。

4.5 地形測繪結(jié)果

在完成所有無人機(jī)航攝作業(yè)后，針對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了精準(zhǔn)度的檢查，包括平面精度、高程精度等。通過各項(xiàng)質(zhì)量特性的檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本工程采用無人機(jī)航攝技術(shù)所獲得的地形測繪數(shù)據(jù)均滿足了相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

在無人機(jī)航測過程中，最為關(guān)鍵的管控因素有設(shè)備與人，在實(shí)施航測之前要對飛行設(shè)備、控制設(shè)備及攝影設(shè)備進(jìn)行全面檢校，并做好攝影設(shè)備及定位儀器的穩(wěn)定性控制，保證其航攝穩(wěn)定性。而在航測工作中針對航線、鏡頭等參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整，保證航測技術(shù)成果也是無人機(jī)航測工作中的重要措施，因此技術(shù)人員必須具有全面的無人機(jī)航測技術(shù)，并能夠掌握一定的經(jīng)驗(yàn)技巧，確保無人機(jī)航測的綜合效果。

5 結(jié)束語

總之，在我國地形測量工作中運(yùn)用無人機(jī)航測技術(shù)能夠有效提升測量效果，但是在測繪測量工作中要積極提升無人機(jī)航測點(diǎn)布設(shè)的科學(xué)性，優(yōu)化航測控制技術(shù)人員的技能水平，在后期測圖繪制中做好異常數(shù)據(jù)的剔除與分析工作，為形成優(yōu)化地形測圖提供全面保障，無人機(jī)航測過程中也存在一定的質(zhì)量影響因素，如惡劣天氣等，要盡量在天氣較好的環(huán)境下進(jìn)行無人機(jī)航測技術(shù)操作，以盡量提升無人機(jī)航測技術(shù)操作及成果的質(zhì)量，為地形測量工作效果優(yōu)化創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。