無人機遙感技術(shù)在測繪工程測量中的應(yīng)用

扈彤利

（內(nèi)蒙古自治區(qū)航空遙感測繪院，呼和浩特 010010）

0 引言

科技高速發(fā)展背景下，測繪工程進入新發(fā)展時期，特別是無人機遙感技術(shù)創(chuàng)新成果十分顯著，其基本原理主要是依托無人駕駛飛行設(shè)備，聯(lián)合應(yīng)用多項先進技術(shù)，完成被測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)信息收集，實現(xiàn)精準(zhǔn)、全面測量，提高各類數(shù)據(jù)收集效率，具有良好的應(yīng)用成效，且能保證最終測繪測量成果的精準(zhǔn)性。

1 無人機遙感技術(shù)組成及其應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 無人機遙感技術(shù)組成

無人機遙感技術(shù)主要是由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)構(gòu)成。其系統(tǒng)核心構(gòu)成（見圖1）主要包含以下幾方面：①飛行平臺。飛行平臺是無人機系統(tǒng)實際承載平臺，用于無人機飛行，其實際重量應(yīng)超過2 kg，實際飛行速度建議控制在60～160 km/h，續(xù)航實際能力超過1.5 h。②飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)是無人機飛行正常工作的保證，主要包括全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）接收機、慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）系統(tǒng)等，其主要控制飛行測繪工作中實際狀態(tài)，關(guān)系到后續(xù)測繪測量成果的可靠性。③遙感設(shè)備。遙感設(shè)備是飛機正式飛行中獲取影像的關(guān)鍵性傳感裝置，當(dāng)前傳感器類型較多，正式飛行之前需做好系統(tǒng)性檢查。④任務(wù)規(guī)劃與控制站。地面控制站是無人機遙感控制中心，可動態(tài)化控制無人機在實際工作中采集數(shù)據(jù)、接收指令，同時也是控制人員對飛機控制指揮中心，是飛行監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集場所。⑤數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)核心任務(wù)是對飛機采集動態(tài)化數(shù)據(jù)之后，完成數(shù)據(jù)提取的系統(tǒng)，因無人機在實際飛行過程中受多方因素干擾，其難以保證完全與測量地面保持平行姿態(tài)，采集數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，需采取多項舉措加工處理。

圖1 無人機遙感技術(shù)組成

1.2 無人機遙感技術(shù)在測繪工程測量中應(yīng)用的優(yōu)勢

（1）監(jiān)測尺度大。無人機遙感技術(shù)符合大尺度監(jiān)測的實際要求，可動態(tài)化依托遠(yuǎn)程檢測實時調(diào)整測量范圍，保證最終測量成果更具精準(zhǔn)性。無人機遙感技術(shù)除數(shù)據(jù)準(zhǔn)確之外，可減少人力、物力等投入，為測繪工程測量提供保證。

（2）信息處理高效。工作人員在測繪工程測量過程中，通過無人機遙感技術(shù)對被測區(qū)域進行監(jiān)控，可處理該區(qū)域內(nèi)信息數(shù)據(jù)，保證信息精準(zhǔn)性。在當(dāng)前測繪工程測量工作中，單純依靠遙感技術(shù)無法更好地完成測量工作，無人機遙感技術(shù)需聯(lián)合遙感系統(tǒng)，發(fā)揮各系統(tǒng)優(yōu)勢，獲取更好的工程測量成效。

（3）監(jiān)測效率高。無人機飛行速度快、智能化、自動化特征明顯，工作人員在實際開展監(jiān)測工作過程中，可對無人機實際飛行高度、速度進行控制，進一步擴展監(jiān)測范圍。同時，選取無人機遙感技術(shù)，可實現(xiàn)定點監(jiān)測，應(yīng)對各類突發(fā)事件具有良好的成效。

（4）測量成本低。無人機遙感技術(shù)開展測繪工程測量作業(yè)，設(shè)備整體投入費用不高，操作流程較為簡單，人員進行培訓(xùn)后便可實踐操作，能節(jié)省大量人工成本。

2 無人機遙感技術(shù)在測繪工程測量中的應(yīng)用

2.1 測繪影像資料獲取

測繪影像資料獲取是測繪工程實際測量的關(guān)鍵內(nèi)容，需加以重視，工作人員在選用無人機遙感技術(shù)進行實際測繪過程中，應(yīng)全方位掌握被測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)實際狀況，并以此為基礎(chǔ)合理規(guī)劃無人機飛行路線，結(jié)合實際試飛情況確定最終設(shè)備平臺。無人機正式飛行過程中幅度較小，會產(chǎn)生較大的偏角，獲取信息數(shù)據(jù)的同時，工作人員應(yīng)最大限度通過飛行拍攝影像不斷豐富后期三維處理影像。因無人機應(yīng)用受續(xù)航能力限制，對較大范圍測區(qū)需進行合理劃分，為保證實際影像覆蓋范圍及航攝質(zhì)量，分區(qū)界線與圖輪廓線要保持一致，不同測區(qū)實際高差應(yīng)小于0.25 倍相對航高，當(dāng)攝影比例尺超過1∶8 000時，要求小于1/6相對航高。根據(jù)地面20 cm 的分辨率設(shè)計，最終獲取影像應(yīng)滿足1 ∶2 000 比例尺的數(shù)字線化地圖、數(shù)字高程模型的數(shù)字精度要求。數(shù)字高程模型精度要求如表1 所示。

表1 數(shù)字高程模型精度要求

2.2 數(shù)據(jù)采集

無人機遙感技術(shù)在采集測繪區(qū)域內(nèi)信息的過程中并未實現(xiàn)全過程自動化操作，需在一定程度上結(jié)合人工，無人機遙感技術(shù)采集數(shù)據(jù)按照采集主體不同，主要包含兩種方式，即自動加密、手動采集。自動加密屬于一種自我保護機制，測量數(shù)據(jù)收集完成之后依托傳感器和拍攝設(shè)備對信息進行暫時存儲，并完成加密工作，保證數(shù)據(jù)信息安全性。數(shù)據(jù)采集過程內(nèi)容較多，首先需結(jié)合地面分辨率要求確定任務(wù)規(guī)劃，航測過程中無人機實際飛行高度與多個因素密切相關(guān)，其主要計算公式如式（1）所示：

式（1）中，

H

為無人機飛行高度，單位為m；

f

為相機焦距；

pix

為像元大小；

GSD

為影像地面分辨率。傳統(tǒng)攝影測量過程中，航向重疊處于60%～65%，最小限值需大于53%；旁向重疊處于30%～40%，最小限值應(yīng)大于15%。無人機通常要求航向重疊率、旁向重疊率要分別超過70%、60%。

2.3 數(shù)據(jù)處理

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理效率、質(zhì)量等方面存在不足，而應(yīng)用無人機遙感技術(shù)可有效解決這些問題，且具有較強的優(yōu)勢。例如，對大范圍礦山進行測繪時，傳統(tǒng)測繪方式數(shù)據(jù)處理周期長，數(shù)據(jù)收集精準(zhǔn)性難以保證，難以為礦山合理化整治提供強有力保證，礦山污染整治成效難以有效提升。無人機遙感技術(shù)在礦山測繪工程測量中，可短時間內(nèi)獲取礦山實際信息，并將數(shù)據(jù)進行實時傳輸反饋，為礦山整治和管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。此外，礦山測量方面無人機遙感技術(shù)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢在于，現(xiàn)下社會對資源需求量持續(xù)性增大，但傳統(tǒng)礦山開采耗費時間較長，開采難度較大，積極探尋新的資源對緩解能源壓力具有積極作用，無人機遙感技術(shù)在開發(fā)和尋找礦山具有無法比擬的優(yōu)勢，可為礦山后續(xù)管理提供保證，制訂合理的開采計劃。

2.4 復(fù)雜地區(qū)工程測繪

無人機航攝系統(tǒng)可短時間內(nèi)獲取高精度航空拍攝影像，提高測繪工程測量工作水平，并有助于相關(guān)人員及時將數(shù)據(jù)信息處理成果用于城市規(guī)劃、資源開發(fā)等環(huán)節(jié)中，促進我國資源管理水平的提高。部分工程建設(shè)的施工測量過程中，因其施工環(huán)境較為特殊，傳統(tǒng)測量方式難以滿足實際需求。此種背景下，應(yīng)用無人機遙感技術(shù)，可實現(xiàn)低空航攝，同時完成數(shù)據(jù)分析，獲取精準(zhǔn)性較高的數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)分析至最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計均實現(xiàn)智能化，具有較強的靈活性。目前，森林開發(fā)、農(nóng)村建設(shè)等領(lǐng)域無人機遙感技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，在各類不良環(huán)境中開展測量工作不受外界因素干擾，且能夠保證最終測量成果精準(zhǔn)性。

2.5 突發(fā)事件應(yīng)急處理

隨著生態(tài)環(huán)境破壞日漸嚴(yán)重，近年來各類突發(fā)性事件逐步增多，特別是各類自然災(zāi)害頻發(fā)，如地震、泥石流、山體滑坡等。原有的常規(guī)測量方式在突發(fā)事件實際測量過程中，耗損時間較長，難以實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)測，如發(fā)生地震或其他地質(zhì)災(zāi)害后，其周圍環(huán)境十分惡劣，難以有效進行地面監(jiān)測，易受外界不良環(huán)境干擾，難以及時獲取災(zāi)區(qū)實際情況。但是，無人機遙感技術(shù)可進一步解決上述問題，其憑借自身優(yōu)勢能快速進入災(zāi)區(qū)，對災(zāi)區(qū)進行動態(tài)化監(jiān)測，及時將獲取的影像及數(shù)據(jù)信息反饋至后臺，掌握災(zāi)區(qū)一手資料，并實時傳輸影像和視頻，助力救援人員全方位掌握災(zāi)區(qū)最新狀況，為救災(zāi)指揮中心制訂救援方案提供數(shù)據(jù)支持。將其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與受災(zāi)之前的谷歌影像、高分影像、大比例尺地形圖進行比對，救援人員可短時間內(nèi)標(biāo)定和估測受災(zāi)實際區(qū)域、基礎(chǔ)設(shè)施損壞、房屋損毀等情況，為災(zāi)情精準(zhǔn)性評估提供助力。

3 項目實踐案例

3.1 項目概況

某地區(qū)鋁土礦是十分罕見的大型巖溶堆積型鋁土礦，該地區(qū)面積為1 750 km，擁有5 個礦區(qū)，其中鋁土礦實際存儲量高達(dá)2 億噸，具有較大的經(jīng)濟價值。鋁土礦開發(fā)項目區(qū)域內(nèi)有公路貫穿全程，交通十分便利。整個地區(qū)內(nèi)礦體分布不均勻，一共擁有148 個礦體，不同礦體實際存儲量不盡相同，礦體厚度也不均勻，厚度最大數(shù)值為10.59 m，最小值僅為0.53 m；礦體上層的實際覆蓋層實際上僅有50 cm，更有部分礦體直接暴露在地面；礦體內(nèi)原礦含率存在差異性，其實際波動處于0.247 t/m～1.58 t/m，平均含礦率為0.909 t/m；鋁硅在礦石內(nèi)變更較大，整個礦區(qū)內(nèi)中部區(qū)域的鋁硅量均值較高，西北區(qū)域次之。

3.2 無人機遙感技術(shù)實際應(yīng)用

根據(jù)該礦區(qū)內(nèi)整體特征，采礦后需要對其進行及時修復(fù)，避免破壞生態(tài)環(huán)境平衡，因此該礦區(qū)應(yīng)用無人機遙感技術(shù)獲取基礎(chǔ)信息，積極對礦區(qū)土地進行復(fù)墾，并獲取良好的成效，具體主要體現(xiàn)在以下幾方面。一是復(fù)墾之后耕地實際總量增長，開采之前耕地為38 km，復(fù)墾工作完成之后耕地面積增長至41.8 km；二是復(fù)墾地適用性增強；三是復(fù)墾土地地力顯著提高。該礦區(qū)復(fù)墾之后農(nóng)作物種植主要以甘蔗等作物為主，0.067 公頃土地年收入高達(dá)2 000 元，有效改善了礦區(qū)人民生活狀況，促進了礦區(qū)良好發(fā)展。截至目前，該鋁土礦先后復(fù)墾土地共計328.35 公頃，平均復(fù)墾率高達(dá)100%，平均復(fù)地率高達(dá)70%。

4 結(jié)語

近年來，數(shù)字化技術(shù)、數(shù)字化產(chǎn)品逐步被應(yīng)用到測繪領(lǐng)域，無人機遙感技術(shù)作為新興技術(shù)，憑借其優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域的測繪測量中，也是未來攝影測量發(fā)展主要趨勢。相關(guān)人員在具體實踐過程中，需積極分析無人機遙感技術(shù)的優(yōu)勢，合理把控其實際應(yīng)用的各環(huán)節(jié)，提高測量工作效率，保證最終獲取成果的精準(zhǔn)性。