小型無人機遙感平臺在攝影測量中的應(yīng)用

汪 為

廣東省核工業(yè)地質(zhì)局測繪院，廣東 廣州 510800

如今我國各個領(lǐng)域的信息技術(shù)仍然處于發(fā)展狀態(tài)，為了在測繪中及時、精確地獲取相關(guān)信息，應(yīng)用簡便、精準、快捷的測量方式便顯得尤其重要。小型無人機遙感平臺體積小巧，不僅起飛及降落對場地的要求低，且能夠獲取空間狹小區(qū)域及復雜地形區(qū)域的圖像，實際應(yīng)用中人力、物力、財力的消耗較傳統(tǒng)方法更低，因此被廣泛應(yīng)用在攝影測量中。

1 小型無人機遙感平臺攝影測量系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 航行控制系統(tǒng)

小型無人機遙感平臺攝影測量系統(tǒng)包括GPS接收天線和微處理器，從地面配套設(shè)施方面看，航行控制系統(tǒng)重點包括數(shù)據(jù)處理終端及數(shù)據(jù)接收終端。技術(shù)人員可利用GPS導航定位信號獲取位置信息，對所需測量的路線進行設(shè)定，通過地面發(fā)射控制臺進行掌控，使其按照預定線路實施測量[1]。

1.2 垂直螺旋

實際工作時，垂直陀螺主要是為整體測量提供俯角、仰角和翻滾姿態(tài)角參數(shù)，如果把垂直陀螺和微處理技術(shù)結(jié)合起來，然后根據(jù)實際情況改變應(yīng)用方式，則獲得的參數(shù)、軌跡等信息將更加明確，還可得出地區(qū)的電子地圖，確認地圖中的各類坐標數(shù)據(jù)，提高測量中的應(yīng)用效果[2]。

1.3 機載通信設(shè)備

通信設(shè)備在小型無人機遙感平臺構(gòu)成中極其重要，通過GPS位置數(shù)據(jù)和實時影像等的及時傳送，及時監(jiān)督管控航機拍攝、航行等狀況，從而做到及時改正航向和飛行姿態(tài)。在執(zhí)行中必須重點關(guān)注通信設(shè)備，防止攝影測量過程中出現(xiàn)意外風險問題，造成不可挽回的損失。

2 無人機遙感平臺的優(yōu)勢

2.1 實時反饋結(jié)果

采用小型無人機遙感平臺能夠拍攝實物正射影像圖，清楚地展現(xiàn)目標區(qū)域的水利、道路等實際情況，為后續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供各類參數(shù)支持。如果項目區(qū)范圍大且地形復雜，人力勘測數(shù)據(jù)會存在“死角”，而小型無人機航測系統(tǒng)可實現(xiàn)對目標實物全貌的放大和縮放，攝影測量通常會使用原始地形數(shù)據(jù)圖。在傳統(tǒng)的人工測量中，各類地理要素也會存在遺漏現(xiàn)象，而小型無人機技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)的實性和精度，實時反饋測量結(jié)果，避免出現(xiàn)漏繪現(xiàn)象，從而為后續(xù)的項目實施奠定良好的基礎(chǔ)[3]。

2.2 準確獲取數(shù)據(jù)

無人機航測系統(tǒng)可通過GPS-RTK技術(shù)對目標區(qū)域進行實地測繪，隨后將所得到的數(shù)據(jù)通過計算機軟件進行處理，處理后的分辨率能夠達到1∶2000比例尺地形圖的測繪精度，符合當前我國攝影測量項目測繪的要求。同時在實際應(yīng)用階段，還可以通過降低小型無人機的飛行高度提高分辨率，判斷目標區(qū)域內(nèi)所實施的攝影測量規(guī)劃是否科學合理，保證關(guān)鍵測繪數(shù)據(jù)的真實性。

2.3 提高項目效率

利用無人機航測系統(tǒng)所獲得的正攝像影像圖測繪出錯率低，所得到的攝像圖還能為相關(guān)工作人員提供詳細的信息，提高整體工作質(zhì)量。例如在傳統(tǒng)的實測中，獲取1km2區(qū)域圖需要測量3～4d，且處理也需要耗費約2～3d的時間，而通過小型無人機遙感平臺完成1km2僅需要5～7h，獲取中數(shù)據(jù)可以傳輸至平臺實時處理，節(jié)省大量測量時間。

3 小型無人機遙感平臺在攝影測量中的應(yīng)用策略

3.1 航測作業(yè)設(shè)計及遙感平臺選線設(shè)計

在小型無人機遙感平臺的應(yīng)用過程中，需要對設(shè)備與儀器進行全面檢查，完善發(fā)射點與攝像監(jiān)控點進行布置，為無人機安全飛行提供必要的保障。前期收集相關(guān)資料并檢查儀器設(shè)備，布設(shè)像控點，隨后對航線進行規(guī)劃，由GPS領(lǐng)航系統(tǒng)完成全區(qū)域測量，利用圖形處理軟件對測量影像進行分析和處理，最后輸出1∶2000的正射影像圖，保證攝影測量的有效開展[4]。

（1）航測作業(yè)設(shè)計。在開展航測作業(yè)之前對測量區(qū)域的情況進行全面的了解，搭載高清攝像機予以綜合利用，通過更換高清攝像頭提高拍攝數(shù)據(jù)圖片成像的清晰度，使色差和實際的地形顏色差距能夠隨之縮小，保證地形層次區(qū)分。同時應(yīng)考慮與傳統(tǒng)的作業(yè)方法相結(jié)合的方法進行測量，再用全站儀測量界址點，在應(yīng)用中至少確定4個精度均等的已知點，3個點用作參數(shù)計算，1個點作為校正點，通過照片形式反映所觀測區(qū)域的具體影像，保證設(shè)計輔助研究及精度檢驗。

（2）遙感平臺選線設(shè)計。當前數(shù)碼相機的分辨率逐漸提升，為小型無人機遙感平臺在實際攝影測量中獲取航空影像帶來了便利，它能夠根據(jù)所獲取的航空影像為選線工作提供及時有效的數(shù)據(jù)，從而幫助無人機選擇線路。遙感平臺選線設(shè)計簡圖如圖1所示。

圖1 遙感平臺選線設(shè)計簡圖

3.2 信息數(shù)據(jù)收集與處理

當無人機完成圖像拍攝任務(wù)后，需要針對獲取圖像展開收集與處理分析，對數(shù)據(jù)信息進行處理的過程中要借助Photo Scan等相關(guān)圖像處理加工軟件，在各像控點獲取坐標與圖像片段結(jié)合地理地形完成拼接，最后得出編制預算等成果。同時也可以通過正射影像圖統(tǒng)計布設(shè)情況，利用DOM提高規(guī)劃設(shè)計布局的正確度，通過對比前后的土地利用情況分析區(qū)域整治的效果。如在某地區(qū)應(yīng)用無人機攝影技術(shù)，攝影測量后開展土地整治工作，水田的面積增加了0.68%，農(nóng)村居住地的面積占比下降了0.25%，通過集中居民居住點減少土地的不必要浪費，達到了預期的目的。

3.3 小型無人機遙感平臺的應(yīng)用方向

（1）土地情況。小型無人機遙感平臺在監(jiān)測測區(qū)土地情況方面有顯著優(yōu)勢，根據(jù)傳統(tǒng)的航測作業(yè)規(guī)范，其在實際應(yīng)用中不僅可以保證飛行速度，且能夠以地面為參照面，保證相鄰攝站相對飛行高度不超過5%，航攝水平誤差小于3°，測量飛行速度的誤差小于5%。同時該計數(shù)在應(yīng)用中可以使曝光時間內(nèi)振幅的偏擺角小于8.6s，保證了小型無人機的飛行指標，從而更合理、有效、安全地監(jiān)測測區(qū)土地情況。同時在進行檢測結(jié)果記錄過程中，需要嚴格記錄每一項數(shù)據(jù)信息，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測量、環(huán)境指標等，保障記錄準確無誤。

（2）環(huán)境監(jiān)測。小型無人機遙感平臺在攝影測量中可以應(yīng)用于環(huán)境檢測，能夠及時得到相應(yīng)的航空影像，有效監(jiān)測環(huán)境污染、排污狀況。環(huán)境污染產(chǎn)生的原因較多，因此在環(huán)境治理的過程中需要利用信息數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行細致分析，為后續(xù)治理提供參考依據(jù)。除此之外，在攝影測量中不可避免要對海洋、水質(zhì)、濕地、植被生態(tài)等進行測量測繪，對區(qū)域排污狀況進行及時有效的監(jiān)測和分析，如液體傾翻污染型需分層采樣，且采樣點不少于5個；爆炸污染型以放射性同心圓方式布點，爆炸中心分層采樣，采集周圍表層土的厚度為0～20cm，從而提高攝影測量的應(yīng)用效果，為治理提供數(shù)據(jù)支持，發(fā)揮出環(huán)境監(jiān)測的作用。

（3）水利監(jiān)測。對于水利方面的監(jiān)測必須使用更為先進的現(xiàn)代儀器設(shè)備及相關(guān)檢測技術(shù)，小型無人機遙感平臺能夠依靠所獲取的地形地貌影像規(guī)劃航行線路，在實際攝影測量中發(fā)揮著重要作用。在此過程中應(yīng)進行校準，編制校準或?qū)Ρ仍囼瀳蟾妫龊盟袃x器和設(shè)備的監(jiān)管工作，根據(jù)相關(guān)標準和規(guī)范嚴格執(zhí)行，如當儀器的穩(wěn)定性低于預期時，應(yīng)適當增加驗證頻率，保證工作開展中的可操作性和適用性。

4 結(jié)束語

小型無人機遙感平臺存在很多優(yōu)勢，大致上實現(xiàn)了攝影測量工作的指標規(guī)范，在實際的應(yīng)用中，應(yīng)該注意小型無人機遙感平臺的飛行平臺技術(shù)指標，保證平臺穩(wěn)定程度指標及成圖精度要求，以便利用其進行測量工作，從而推動我國攝影測量的進一步發(fā)展。