無人機遙感技術(shù)在測繪工程中的應用分析

華 輝

（湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010）

隨著改革開放的不斷推進，我國經(jīng)濟水平和科學技術(shù)水平不斷進步和發(fā)展，為工程測繪工作的發(fā)展奠定了堅實的基礎。遙感技術(shù)在無人機上的應用正在逐漸普及，相應的技術(shù)和設備也在不斷發(fā)展。無人機技術(shù)已經(jīng)被普遍地應用在測繪工程中，不但提高了測繪工作的效率，而且還確保了測繪數(shù)據(jù)的真實性與準確性。

1 無人機遙感技術(shù)概述

1.1 無人機遙感技術(shù)簡介

無人機遙感技術(shù)是指運用無線電設備操縱無人駕駛飛行設備，并應用到生產(chǎn)生活中的一種現(xiàn)代化技術(shù)。無人機遙感技術(shù)包含無人駕駛飛行器技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)以及定位技術(shù)等，能夠?qū)崟r監(jiān)測我國的自然環(huán)境與國土資源，并且能夠在第一時間對獲取的信息進行智能化處理，有助于提高獲取信息的效率。

1.2 無人機遙感技術(shù)原理

無人機遙感技術(shù)測繪系統(tǒng)應用的無人機是根據(jù)國際通用標準來設計的，主要是作為遙感平臺而存在。在開展航空立體成像時，無人機攜帶相機沿著飛行線或條帶獲取垂直航空像片。因為在實踐中大多選擇航空像片的立體像對，所以要求其航向重疊控制在55%～65%，最常見的是60%，而旁向重疊為30%。像片重疊表示的是相隔一定距離的不同位置拍攝到的同一個目標，當有視差時便可以形成立體像對，并且可以獲得對應的立體模型，將其應用于專業(yè)的數(shù)字測繪軟件便可以獲得具有較高精度的各類DEM、地形圖以及DOM等[1]。

1.3 無人機遙感航拍系統(tǒng)構(gòu)成

無人機遙感航拍系統(tǒng)主要由飛行平臺、機載任務設備及地面系統(tǒng)3部分組成，每一個部分又包含相應的子系統(tǒng)，具體如圖1所示。

2 無人機遙感技術(shù)在測繪工程測量中的應用優(yōu)勢

2.1 操作方便、靈活

在工程測繪中，無人機遙感技術(shù)的最大優(yōu)勢在于其操作的靈活性。鑒于無人機的最新發(fā)展技術(shù)，可以提供遠程遙控和自動巡航2種測量方式。其中遠程遙控適用于勘查工程面積較小、對數(shù)據(jù)精度要求較高的場合；而自動巡航適用于一些事先設置了自動巡航路線的智能化大工程項目，控制模式可根據(jù)確定的路線完成拍攝。無論哪種測量模式，與傳統(tǒng)的工程測量技術(shù)相比，兩者的方便性與靈活性都得到了顯著提高。

圖1 無人機遙感航拍系統(tǒng)構(gòu)成

2.2 及時反饋信息，處理結(jié)果精確

無人機遙感技術(shù)對測繪信息進行預處理。在無人機航測過程中，圖像數(shù)據(jù)被暫時存儲在機載存儲設備中，并按照一定的頻率發(fā)送出去。在存儲過程中，機載微型計算機可以預處理數(shù)據(jù)信息和圖像數(shù)據(jù)。例如，由于無人機的抖動或旋轉(zhuǎn)而拍攝的某些圖片或視頻，會導致圖片分辨率下降、圖像質(zhì)量變差等情況，或者無人機線路重復而引起影像資料發(fā)生重疊的情況等。上述問題均通過預處理將不符合要求、多余的數(shù)據(jù)刪除。如此，減輕了信息傳輸負擔，提高了傳輸效率，并確保了從地面接收站獲得的數(shù)據(jù)的精確可用性。

2.3 監(jiān)測范圍廣

安裝在無人機上的廣角攝像頭可以提供較大的監(jiān)視范圍，但與大型測繪項目相比仍不能滿足其高效和高精度的測繪需求，而無人機與遙感技術(shù)的結(jié)合可以大大提高監(jiān)測范圍和測繪精度。目前，一些較先進的無人機遙感設備，測繪精度可以達到1m以下，基本可以滿足大多數(shù)工程測繪的需要[2]。

3 無人機遙感技術(shù)在測繪工程中的應用

無人機遙感技術(shù)在測繪工程的應用系統(tǒng)如圖2所示。

3.1 國土測繪中無人機遙感技術(shù)的應用

近年來，我國城市現(xiàn)代化日益發(fā)展，隨著城市化建設速度的加快，城市化建設的規(guī)模也在不斷擴大。但是，在一些城市的建設中往往會出現(xiàn)建設不夠合理的問題，導致這一問題的主要原因是城市規(guī)劃設計人員無法獲得準確的城市測繪數(shù)據(jù)。在國土測繪中應用無人機遙感技術(shù)，設計人員不僅可以獲取準確的城市設計數(shù)據(jù)，保證在城市設計中建立城市數(shù)字模型，還可以通過國土測繪和設計來判斷城市建設的合理性和標準化。一旦研究人員通過遙感技術(shù)拍攝影像和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)城市建設跟設計要求出現(xiàn)偏離時，可以及時制定補救措施，最大程度保證了城市建設的有效性。此外，研究人員可以通過調(diào)整無人機的角度和路線來提高航空數(shù)據(jù)的準確性。

圖2 無人機遙感技術(shù)測繪系統(tǒng)

3.2 海岸地形測量中無人機遙感技術(shù)的應用

海岸地形信息在資源開發(fā)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、軍事以及基礎建設等許多領(lǐng)域得到廣泛應用，沿海地形的測繪在促進經(jīng)濟與社會的發(fā)展方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了在保證水產(chǎn)養(yǎng)殖利益的基礎上盡可能減少對海洋環(huán)境的破壞，養(yǎng)殖業(yè)者需要對海水養(yǎng)殖區(qū)域進行合理的控制。然而，由于海洋海岸線非常曲折，養(yǎng)殖業(yè)者很難在短時間內(nèi)獲得準確的養(yǎng)殖地形相關(guān)數(shù)據(jù)。在這種情況下，養(yǎng)殖業(yè)者可以使用無人機的遙感技術(shù)拍攝養(yǎng)殖地區(qū)域的低速航拍照片，以獲得清晰的海水養(yǎng)殖數(shù)據(jù)。應當指出的是，測繪人員在測繪過程中應注意隨時觀察周期內(nèi)的海洋潮汐和天氣變化情況，以免無人機遙感技術(shù)的測量精度受到潮汐或天氣因素的影響[2]。

3.3 突發(fā)事件處理中無人機遙感技術(shù)的應用

在發(fā)生突發(fā)事件時，為了有效處理緊急情況并最大程度地減少緊急情況對廣大居民的生命和財產(chǎn)造成的損害，應及時測繪突發(fā)事件發(fā)生地形和地貌，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，以便針對突發(fā)事件制定相應的應急方案，提升應急方案的針對性。對此，可以在突發(fā)事件中引入無人機遙感技術(shù)，并通過航拍或調(diào)整航拍角度來拍攝各種突發(fā)事件現(xiàn)場地形，有效地保證突發(fā)事件處理的效率和質(zhì)量。例如，地震發(fā)生后，有關(guān)部門應利用無人機的遙感技術(shù)在災后第一時間對災區(qū)進行航拍，為救災提供準確的地形數(shù)據(jù)支持，從而極大地提升了救災工作的效率。

3.4 礦山測繪中無人機遙感技術(shù)的應用

為了確保礦山能夠得以合理開采并盡可能減少對礦山環(huán)境的破壞，有必要進行礦山的測繪，通過測繪，能夠根據(jù)礦山的全貌制定科學的采礦策略。但是，由于礦山環(huán)境的復雜性，傳統(tǒng)的礦山測繪技術(shù)還存在諸多問題，如測量數(shù)據(jù)不準確、測量周期長等。為了減少人力、物力、財力的浪費，可以將無人機遙感技術(shù)引入礦山測繪中，從而可以有效地掌握礦山的地形并將測繪的數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術(shù)傳送至研究人員的控制器上。勘測人員不僅可以在不外出的情況下獲得準確的礦山數(shù)據(jù)，而且還可以通過研究傳回來的數(shù)據(jù)為采礦提供支持。

4 無人機遙感技術(shù)在測繪中的應用流程

4.1 測繪目標區(qū)域的確定

要想充分地運用測繪獲得的信息，在應用無人機制圖前，應先確定某個主題的制圖區(qū)域，以保證無人機始終在該區(qū)域中工作。在確定了測繪目標區(qū)域后，相關(guān)人員可以通過電子地圖將區(qū)域比例尺縮至最小，以獲得較高的邊界精度。為了避免結(jié)果中出現(xiàn)空白區(qū)域，建議將測繪區(qū)域設置成圓形，并提前檢查目標區(qū)域中是否存障礙物，或存在其他干擾源等影響無人機的飛行。如果發(fā)現(xiàn)，將其清除，必要時更改無人機的航線。

4.2 地面控制點選取與飛行線路創(chuàng)建

在測繪一些規(guī)模較大的工程時，由于需要測繪的面積較大，需要從中選擇幾個測繪點作為重點控制點，從而實現(xiàn)以下功能：（1）應用自動識別技術(shù)獲得控制點的信息，提升該區(qū)域信息的代表性；（2）完成無人相關(guān)控制工作；（3）結(jié)合控制點的數(shù)量規(guī)劃無人機航測的順序，從而避免時間浪費，提高數(shù)據(jù)的真實性。待地面控制點確定后，可以通過串聯(lián)的方式將它們連接起來組成空中勘測路線，再沿著已經(jīng)建立起來的飛行路徑讓無人機自動完成勘測和拍攝等工作。

4.3 影像資料與測繪數(shù)據(jù)的獲取

無人機通過運用RS技術(shù)能夠?qū)@得的圖像與數(shù)據(jù)等同步傳輸至地面控制中心。因為在整個拍攝過程中無人機處于高速飛行狀態(tài)，假如借助無線技術(shù)將圖像與數(shù)據(jù)傳輸至地面，在此過程中圖像容易受到信號的影響，導致分辨率下降。若應用無人機遙感技術(shù)，上述問題便迎刃而解。通過調(diào)整無人機的拍攝角度和飛行的偏轉(zhuǎn)角度等，能夠保證獲得高質(zhì)量的圖像。另外，無人機獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過機載微型計算機予以過濾、刪除失真數(shù)據(jù)等初步處理后，還能夠縮小傳輸數(shù)據(jù)的存儲量[5]。

4.4 傳輸并處理測繪數(shù)據(jù)

由于無人機的在采集機載數(shù)據(jù)和排列數(shù)碼數(shù)據(jù)等均呈現(xiàn)出較強的不規(guī)則特點，主要原因為無人機是按照一定角度分飛行的，因此在轉(zhuǎn)彎和俯沖時角度偏差較大，導致拍攝的圖像發(fā)生重疊，最終獲得的圖像不清晰甚至變形。通常情況下，無人機搭載的數(shù)碼相機為自動變焦的相機鏡頭，因此在實際工作過程中，可以調(diào)整變焦的數(shù)碼相機的參數(shù)與焦距。

5 結(jié)束語

綜上所述，無人機遙感技術(shù)具有操作方便靈活、及時反饋信息、處理結(jié)果精確、監(jiān)測范圍廣等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛地運用在礦山、城市規(guī)劃、海岸地形、突發(fā)事件處理中測繪工作中。其不但可以獲得比較準確、清晰的測繪資料，而且還可以適應各種不同的地形條件，并在其間發(fā)揮出重要作用。隨著無人機遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，還需要更多的工作者和研究者積極掌握無人機新技術(shù)的操作方法，從而將其作用充分發(fā)揮出來。