無人機測繪技術在工程測量中的應用分析

盧軍海 南寧天脈測繪有限責任公司

一、無人機概述

無人機是由無線電遙控設備控制的無人機，可攜帶相關傳感器，通過自動化、智能化、專業化等相關技術，快速獲取土地、資源、環境等空間遙感信息，實時上傳到數據處理系統，并通過專業人員對數據進行分析整理，供相關單位工作人員實際應用。常見無人機控制系統主要由空中控制系統、地面控制系統和數據后處理系統3 部分組成。空中控制系統主要包括通訊模塊和地表影像采集模塊。地面控制系統主要引導和制定無人機航行航攝路線。高級地面控制系統可以對預定航攝地區提前規劃好無人機的飛行路線等有關飛行，同時記錄并保存所有導航數據。數據處理系統主要根據各單位的實際需要，通過軟件對圖像或視頻進行分析。常見無人機種類主要包括固定翼式、多旋翼式和無人直升機等。固定翼式起降方式多采用跑道滑行、彈射等；抗風能力較強，可長時間續航，但無法進行定點懸停拍攝工作，因此一般適用于監控輻射范圍廣或應急響應情況下的航測任務。多旋翼式和無人直升機無須跑道和彈射器，對于起降場地要求低，可在復雜地勢條件下快速起降，具有飛行靈活性強、可隨時懸停等優點。

二、無人機測繪技術優勢

（1）數據收集準確、及時。在無人機測繪技術的應用中，通過無人機測繪技術與先進攝影設備的聯合應用，提高無人機航空攝影測量的性能和質量，實現地形測繪所需數據的快速準確采集，為地形圖數據的準確、及時獲取提供良好的支持。此外，利用無人機測繪技術進行地形測繪的數據資料獲取后，還能夠通過數字化圖像對所收集信息進行綜合分析，從而生成可視化的攝影圖像，為工程測量工作開展提供有利的支持。工程測量工作開展中，將無人機測繪技術與衛星遙感、航空攝影測量等技術相融合，從而在更為完善和統一的技術系統支持下，實現具有更高質量和效果的地形測繪數據信息獲取，滿足地形測繪的數據需求。（2）機動靈活。在無人機航拍系統前往目的地的過程中，整體交通十分便利，起飛準備所需時間相對較短。而且由于無人機的起飛與降落均十分靈活，使得其對于起飛與停放場地的要求相對較低，在使用過程中的整體表現更加便捷。基于無人機航攝系統的靈活性優勢，現階段無人機航攝系統在地質災害監測、森林火災監測、公共安全緊急測繪應急保障等多種作業任務中均得到了很好的應用。（3）響應能力較強。由于無人機測繪技術在地形測繪應用中，是通過無人機的低空飛行來實現航空攝影和測量分析，其在具體測量中受惡劣氣候環境的影響相對較小，能夠獲取更加準確與全面的測量數據，并且對測量數據的良好響應能力進行支持。此外，由于無人機測繪技術進行地形測繪應用，可通過對所處地區的網絡以及電子計算機系統應用，來滿足測量數據的信息存儲與傳遞需求，并在上述網絡和技術的支持下，為測繪人員的信息數據獲取提供支持，同時為工程測量工作開展提供更有利的條件支持。

三、無人機測繪技術的應用流程

（一）航線規劃

在無人機測繪技術的應用中，路線設計也是整個測繪工作的重點。無人機不能隨意飛行，必須根據實際情況，經過準確計算，選擇合理的路線。在航線選擇時，要結合測量的項目目標以及測量重點要求，對飛行航線進行規劃。設計航線的時候，要選擇最快、最清晰、最準確的拍攝路線，同時，還要規避一些山洞、瀑布等不良的地形，減少對無人機的傷害。在設計航線的時候，還需要控制無人機的高度，選擇合適的拍攝角度，這樣才能夠確保清晰準確的拍攝效果。另外，航線的節點設置必須以整個航線為中心，呈網狀進行合理的分布。只有選擇科學合理的航線，才能夠確保無人機操作更加有序地進行。

（二）相機校驗

在目前我國無人機測繪系統的運行中，關鍵設備是非測量攝像機。因為非測量相機的精度，在很大程度上直接決定了測繪成果的科學性和有效性，但是由于具體操作都是由人工來完成的，所以經常會產生誤差。而產生誤差的重要原因包括了工作人員對相機主距不熟悉，因此導致了他們在實際操作的過程中不能依據影像來進行科學的判斷，最終就會對數據處理的效果造成不利的影響；而相機鏡頭也會存在畸差，進而使測量點出現結果誤差，最終使測繪結果的準確性大大降低。

（三）像控點設置

對于無人機測繪技術而言，工程應用中最關鍵的內容是圖像控制點的測量內容。通常為了提高測量精度，圖像控制點往往設置在地形相對清晰的區域。為了進一步提高影像控制點的測量精度，在優化地表影像控制點設置的同時，還需要通過航空三角加密測量提高遙感測量精度。需要注意的是，影響航空三角網加密測量相應精度的因素很多，在像控點具體設置過程中要重點加強如下內容：（1）避免將像控點設置在地形相對復雜的區域，為了明確測量效果需要將其設置在地形容易識別的區域，同時也要設定比較明顯、清晰的地物當作像控點。若是采用不同地物交叉位置當作像控點，務必要控制交叉區域的角度保持在 30°～150°區域；（2）為了能夠對所測繪整個區域實施有效的控制測量，可以將像控點設置在無人機飛行區塊之外，一般情況下可以將像控點設置在航向100 m 之外、航向基線不少于1 條的區域。若是像控點設置在航線兩側，務必要確保像控點左右偏離半徑≤半條基線長度；（3）為了進一步增強無人機遙感測繪準確性，需要將像控點設置在地形相對平穩的區域，同時也要盡量將像控點設置在相對容易保存的位置，這樣就能夠將其作為第二次測量的基準。

（四）數據圖像獲取

（1）數據采集。在工程測量中，數據采集是非常重要的，是工程決策的基礎。利用無人機測繪技術進行工程測量，可以實現精確的數據采集。首先，工作人員需要在計算機中規劃無人機的飛行路線，然后選擇合適的飛行環境將無人機起飛，然后無人機將按照預定的路線飛行。此時，工作人員只需關注無人機和測圖區域的安全，即可順利完成工程測量。無人機在工作過程中借助定位系統就能實現精準定位并形成對應的坐標系統，從而在區域內進行工作。在獲得首次資料后，要進行二次檢測，對收集的數據進行檢查和完善，從而提高數據的準確性，讓無人機收集的數據更加全面，這樣能夠提高數據收集的準確性和效率。（2）圖像采集。在工程測量中，圖像的收集也是必不可少的一個工作，在使用無人機測繪技術的時候，無人機會自動對區域內的影像進行拍攝和調整，此外它還可以利用三維建模對拍攝畫面進行加工，從而有效的幫助工作人員完成測繪影像的制作。在無人測繪中如果有不符合要求的數據，系統可以及時進行清理，對重疊影像數碼相機會自動變焦，從而實現對參數的調整，從而保證獲取的影像非常清晰。

四、無人機測繪技術在工程測量中的應用

（一）城市建筑低空航測

在城市建設工程測量過程中，由于地理環境、施工條件等因素的影響，傳統的航空攝影技術難以在一些復雜地形中工作，數據的可靠性無法保證。而低空無人機測繪其優勢就在于不受空間局限性，即使在一些條件惡劣的環境下依然可以完成測量工作，不僅速度快，而且可以高效率的將航空影像資料收集到，迅速進行處理，在一些緊急情況下，無人機低空測量被廣泛應用。低空測量系統不僅僅具備了高分辨率，獲取到的影像資料非常清晰，而且能夠滿足大比例尺測圖測量的需求。除此之外無人機低空測量系統自身擁有檢測與校對的功能，借助特寬較低數碼相機特有的檢校設計軟件以及像片重疊關系，能夠對機械形跡導致的誤差及時糾正，運用邊緣現場緩解了由于相機姿態存在角度偏頗而引起的精準度問題。與此同時，低空測量系統使成像系統重量大幅度減少，無人以及低空航測需求得到了較好滿足。更重要的是無人機測繪技術中 map-at/cs 軟件的應用，使整體自動化水平得到了有效提高，在處理影像方面的能力提升，使低空無人機測繪的核心技術，在城市建筑工程測量中有著非常好的應用前景。

（二）水利基建測量

在許多水利基礎設施建設區和河流流動區，往往存在無法及時到達或人力難以到達的地點。目前多采用衛星遠程數據記錄功能進行數據存檔工作。這些存檔數據多數均存在明顯的滯后性，在實際應用中的時效性和可信度對水利管理部門決策容易造成影響。此外，水利部門屬于艱苦行業，各部門負責河流區域范圍廣、河段多，基層人員工作量負荷大，人才流失現象嚴重。為此，可以利用無人機在河道沿線進行低空定點巡航，以獲得大量高清晰、可解讀的復雜區域的遙感影像數據，及時了解各地水庫庫區水域面積變化、淹沒范圍、泄洪沖擊范圍、河道變化走向及轄區內水土流失情況，減少基層人員工作壓力。

（三）礦山測量

首先，為了設計安全的無人機路線，必須使用航空攝影來收集礦山地形和其他相關數據。而且如果要想迎合礦山測繪的需求，測繪人員就需要明確無人機的飛行高度和相機的分辨率等飛行參數。然后，測繪人員一定要做好地面控制的工作為測繪的順利進行提供保障，就像提前設置測繪點，這樣就能方便無人機進行數據的采集工作。另外，在初次飛行成功以后，測繪人員還需要實時地查看無人機反饋過來的飛行信息，如果收集到的數據不能夠滿足使用的需求，測繪人員就需要調整無人機的拍攝角度以及其飛行高度，以獲取更多、更符合要求的測繪信息。最后，測繪人員就需要對收集到的測繪數據進行科學的分析與整合，以得到完整的礦山地形全貌、交通狀況、植被覆蓋等信息，為以后要進行的礦山開采作業提供科學的指導意見。

（四）海岸線測量

中國海洋資源豐富，海岸線很長，加強海岸線測量將有助于確保中國國土資源的安全。在開展軍事工程、海岸資源開發以及水池養殖等項目時，對海岸線地形進行測量十分重要。傳統的海岸線地形測量工作，需要工作人員通過相關設備和儀器進行測量，不僅難以提高測量工作的效率，也會消耗大量的人力與物力資源，而通過無人機遙感技術，一方面可以很好地提高海岸線地形測量工作的效率，另一方面也能夠保證測量數據的準確性。在應用無人機進行海岸線地形測量時，首先要確保無人機在低空區域平穩的飛行，其次要在測量前做好準備工作，開展相關資料的調查，并且設置好各個控制點，從而精準歸納和分析測繪區域中心與間隔航線布設平高點等各項測量數據，使其具有良好的精準性與可靠性。

五、結束語

總的來說，無人機測繪技術對企業的工程測量工作起著非常重要的推動作用，給工程測量工作帶來了很多便利，值得企業推廣。無人機測繪技術在工程測量逐漸實現了信息化、數字化和智能化，其憑借著自身的優勢在各個領域發揮了重要的作用，成為新時代測繪事業發展不可逆轉的趨勢，對工程的數據有了一個更加精確的測量。雖然我國在無人機測繪中取得了很多成就，但是還需要國家和企業在技術上投入更多的精力去進行研究，從而促進我國的科學技術進步，為我國無人機測繪工作提供更多的便利條件，促進測繪事業的發展，讓我國領先世界前列。