淺談無人機航拍技術在工程測量測繪中的應用

◆張華陽 鮑健 王賽賽

淺談無人機航拍技術在工程測量測繪中的應用

◆張華陽 鮑健 王賽賽

（中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210000）

隨著我國社會經濟、科學技術的不斷發展，無人機航拍技術已經應用于多個領域，并且取得了顯著的效果。在工程項目中，測量測繪工作作為其中的重要環節，對于其精度的要求也越來越高，在傳統的測量測繪工作中，常常存在因為人工問題而導致測量數據失真的情況，同時測量地形的復雜、工作量大導致工程進度受到限制，而通過無人機航拍技術能夠有效減輕工作人員的工作量，同時大幅度提升測量數據精準性。

無人機航拍技術；工程測量測繪；應用

時代的不斷進行，就地質工程方面而言，其工程準備階段和開展階段都進行到全新的局面，測量數據精準度要求更高、執行更加嚴格。通過采用無人機航拍技術能夠將通過定位系統、拍攝技術、地面監控系統對測量區域的數據進行精確的計算，從而有效提升測量工作的質量和效率。

1 無人機航測系統有關結構

現階段科學技術向著專業性、精密性的方向不斷發展，隨之無人機航測系統也形成了常規無人機航測與非常規無人機航測。

1.1 有關常規無人機航測系統組成

無人機航測遙感技術是集成遙感、遙控、航空測量為一體的新型測繪技術，并以數據信息快速處理平臺作為技術支持，對地物進行實時、快速的調查和動態監測。無人機平臺是配載控制系統和傳感器的飛行器，按照其機翼的形態分為兩種類型：旋翼和固定翼，在當前階段旋翼無人機比較受使用者的喜愛，因為其機身的構造特點更加便于控制其飛行姿態。按照無人機的動力系統可以分為燃料型、電動型等。其遙感系統除飛行平臺以外還包括軟件和硬件的組成。慣性導航和飛行控制技術是對整個無人機飛行姿態以及所配載的有關配置加以管理控制的部分，主要的組成部分包括傳感器、慣導、接收機等，控制系統是整個無人機系統的核心技術，能夠對無人機進行導航定位，在出現危險情況時能夠使無人機自動進入著落狀態并確保安全降落。小型的無人機飛行器在進行自動控制時，需通過傳感器對飛行器的速度、位置、姿態反饋信息加以收集，反饋信息來自不同傳感器。慣性測量模塊獲取姿態狀態，GPS技術獲取速度與位置信息，但是因為單一通過GPS技術和IMU難以達到數據高精準化，因此需要在傳感器系統中加入陀螺儀和氣壓計，并采取數據信息融合技術，從而確保無人機飛行器能夠安全、穩定地進行飛行工作。傳感器相關設備和控制系統的主要功能是獲取信息數據，在無人機系統中常用傳感器有熱成像儀、氣象傳感器、CCD等敏感組件。數據傳輸系統是指將傳感器所獲取的數據信息傳送至地面監測系統，并確保在傳輸的過程中數據能夠保持完整性和清晰度[1]。

1.2 非常規無人機航測系統

相比于常規無人機飛行器，非常規無人機飛行器造價成本較低，因為其使用方便、造價低、體積小，對于環境的要求比較低、具有智能化的特點逐漸由軍事領域拓展至多個行業的應用，其特點主要有以下三點：第一，非量測相機，之所以無人機飛行器能夠得到廣泛的應用，主要是因其配載的遙感設備已經逐漸普遍，已經不再是重量沉重、造價昂貴、小型飛行器無法配載量測相機。非量測相機因為其內方位未知，因此其拍攝到的圖像沒有準確的位置關系，同時因為畸變系數性能不穩定，因此無法直接對像位進行計算解析。現階段一般情況下通過處理軟件對相機的參數加以標定，然后對所獲取的數據信息進行處理，從而獲得圖像具體的幾個位置，但是在精度方面還需要加以提高。第二，飛行姿態不穩定，因為無人機飛行器是需要通過遠程進行遙控的，因此根據測量攝影最低標準，規定的航向重疊度應當高于53百分之，旁向的重疊度應當高度15百分之，因為難以進行有效的控制，同時飛行器的飛行高度不能忽高忽低，同時因為非常規無人機飛行器重量輕、機身體積小，在空中容易受到氣流的影響、地形條件影響、攝影區域地物變化，因此在重疊度方面會出現誤差，特別是對于大比例影響圖進行制作時，對飛行姿態和航跡的控制較為困難，航向重疊度高于60百分之、旁向重疊度高于30百分之，無人機飛行器姿態角控制在正負三度以內便能夠符合要求。按照微型無人機的特性，其旁向重疊度保持在35至55百分之之間、航向重疊度保持在70至85百分之之間、姿態角保持在正負10度即可，另外還需要確保三度重疊的部門滿足要求。如果無人機飛行器的姿態角不穩定則會產生以下三點影響：首先，飛行器航跡會受到影響，發生改變；其次，航射儀定向和整平困難；最后，由于重疊度增大，導致等同面積攝影區域需要攝像更多照片進行覆蓋，進而造成計算量、處理任務增加。第三，因為無人機對電磁環境具有極高的要求，如果飛行區域周圍設置有高壓電網，那么其飛行路線和內部程序會因電磁原因受到干擾，情況嚴重的話會導致飛行器墜毀，另外電磁干擾會對信息數據的傳輸和質量造成影響。

2 無人機航空攝影測量系統組成

2.1 軟件系統

首先，航線軟件，航線軟件決定無人機系統的運行方向以及精準度，同時屬于信息收集關鍵環節，需要對作業范圍、地形的特點、精度、測量參數進行預先的設定，按照重疊度、行高、地面的分辨率能夠分析計算出無人機飛行的基線長度、曝光點等信息數據。其次，數據信息接收和處理軟件。此軟件是無人機系統進行測量外業最后一個環節，直接影響著圖像處理質量。無人機在對地面影像進行獲取時，會受到外界以及內部因素影響，為能夠確保圖像的質量，通常會對原始拍攝影像加以預處理，比如圖像增強、圖像校正等[2]。

2.2 硬件系統

首先，機載系統，無人機航空測量技術的實現是將航空技術和測量技術、遙感技術、定位技術相互融合的產物，其中無人機主要是用于對航空測量系統搭載，是作為一個平臺，確保整個系統能夠得到有效應用的基礎，其中主要包括，數字攝影、飛行控制、無人機、通信等系統。在進行測量工作時，首先對系統進行設置，之后系統會根據預設航線飛行，從而完成預設任務，并且將飛行的狀態、高度、氣象等情況傳送至監控系統。其次，地面監控系統，監控系統對飛行平臺能夠平穩運行起到關鍵作用，包含電臺、計算機、電子通信、飛行控制等設備。工作時，無人機將收集到的數據信息傳送至監控系統，并在地圖上顯示無人機位置、路線、速度、高度等參數，從而讓工作人員能夠對無人機進行精確的控制。

3 無人機航拍技術優勢

無人機航拍技術在滿足天氣因素的條件下，能夠在不同的區域加以應用，相比于傳統的飛機配載攝像系統，無人機航拍技術具有更加突出的優勢，在對無人機飛行器應用時只需要確定起飛點和降落點即可進行測量測繪工作，有效解決了起飛降落需要較大場地的問題，在一定程度上降低了資金的消耗。相比于人工測量，無人機航拍技術更加高效、高質，并且避免因為地質情況復雜問題而造成的人員工作難以開展的問題，通過定位系統和攝像系統對地貌進行拍攝，通過計算機處理分析，更高精度開展測量測繪工作[3]。

4 無人機航拍技術在工程測量測繪中的應用

應用無人機航拍技術開展工程測量測繪工作前，首先需要對測量的區域和單位加以明確，對無人機的起飛位置、降落位置以及空間準備加以確定，確保測量測繪工作的順利開展，并通過充分的準備工作獲取準確的測量數據。

4.1 航線規劃和范圍確定

在一般情況下，無人機飛行器的飛行時間最長可達一小時，去除飛行器起飛和降落的時間，需要將飛行器實際飛行時間控制在50分鐘內，避免因為飛行器能源耗盡而出現墜機情況，為能夠有效控制飛行器飛行時間，首先需要進行航線規劃工作，并對無人機測量測繪工作范圍進行合理的規劃，從而確保航空測量測繪工作的全面、完整。

4.2 構建測量區域控制網

通過構建區域控制網能夠對測量測繪工作加以精細化，根據實際地測量面積構建相應范圍的控制網，并且在控制網范圍內設定GPS基準點，從而構建三維坐標系，通過坐標方式將區域內各個點方位信息加以表述，有助于后期對信息數據進行處理。另外需要注意的是，在此過程中需要確保路線計算和坐標點設置的準確性，避免因為設置錯誤問題而影響測量測繪工作整體進度。

4.3 數據處理

無人機航拍技術具有準確性、靈活性，在數據信息勘查處理的過程中，相關測量測繪工作人員需要在航拍技術應用基礎上，對高度匹配計算設備加以應用，在DSM自動提取基礎上，對重疊影響進行高效的處理，實現三維地表繪制。需要注意為了能夠合理地控制數據信息處理的精度，測量測繪工作人員需要將測量的數據與原始信息數據加以比對，在數據校正、航拍驗證基礎上，有效提高無人機航拍質量。

4.4 繪制地圖

對無人機傳輸的數據信息加以分析建模，應用三角測量系統構建立體模型，將信息數據帶入，得到核線影像，對圖像進行編輯，按照比例對結果加以確定。另外在數字地圖繪制的過程中還需要將一些細節部分放大標注，然后進行驗證確保測量信息的準確性，最后繪制相應的數字地圖。

5 無人機航拍技術改進措施

為確保無人機航拍技術在測量測繪工作中得到有效的應用，保證測量數據的準確性，需要測量單位加強對相關工作人員技能素質的提升，確保其在能夠對無人機航拍技術加以熟練的應用，并且培養其故障診斷能力，從而有效避免因為無人機存在故障而強制飛行帶來的損失。相關的無人機廠家應當根據現階段市場的需求對無人機的飛行性能進行改進，例如在續航、攝影等方面進行提升，相關的廠家可以通過和國內外的知名攝像、發動機、電池廠家互相合作，從而有效提升無人機飛行器的硬件性能。另外，對于軟件方面相關的開發人員應當對無人機使用過程中存在的一些漏洞加以完善。使無人機能夠在更多的領域得以應用。

6 總結

綜上所述，在當前階段，無人機航拍技術在地質工程測量測繪中已經得到廣泛的應用，并且取得了很大的成就，但是因為天氣、氣候因素的影響還存在一些問題需要解決，需要相關的科研人員和生產商根據問題加以進一步的研究，從而使無人機航拍技術得到更高效應用。

[1]他光平.無人機遙感數據處理及其精度評定[D].蘭州交通大學，2016.

[2]林仁超.無人機航拍技術在工程測量測繪中的應用[J].城市地理，2017（22）：126-127.

[3]陸麗紅.無人機航拍技術在工程測量測繪中的應用[J].資源信息與工程，2016，31（04）：109-110.