無人機遙感技術(shù)在測繪工程測量中的應用研究

張 建 (滕州市測繪院 山東 滕州 277500)

引言

無人機問世以后,便得到了廣泛應用。在遙感測繪領(lǐng)域,無人機技術(shù)的應用,為其行業(yè)發(fā)展提供了服務(wù)保障。在環(huán)境惡劣的情況下,不但測繪工程的測量結(jié)果無法得到保障,而且給工作人員帶來一定的人身安全風險,利用無人機遙感技術(shù)對工程進行測繪測量,可解決這類難題。無人機在各種環(huán)境下都可完成工作,發(fā)揮其遙感技術(shù)的靈活性、效率性、安全性等優(yōu)勢,彌補人工測繪的不足,提升工作效率,減少成本投入,增加經(jīng)濟效益,具有一定可行性。

1 概述

1.1 無人機遙感技術(shù)概述

隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展和進步,無人機近些年的應用十分廣泛。不同類型的無人機用途不同,其續(xù)航能力和承載能力存在一定的差異。目前,利用無人機進行遙感技術(shù)檢測時,需要對其涉及的數(shù)據(jù)進行科學嚴格地把控。在實際運行中會產(chǎn)生數(shù)據(jù),不對數(shù)據(jù)進行把控和研究會使整體數(shù)據(jù)準確性降低。遙感技術(shù)具有一定的系統(tǒng)性,在實際進行檢測的過程中,需要充分利用系統(tǒng)的智能化,對各類數(shù)據(jù)進行嚴謹?shù)姆治龊吞幚怼＜哟髮o人機遙感技術(shù)的使用和發(fā)展,能夠有效地提高無人機遙感技術(shù)開展測繪工作時的工作質(zhì)量。

1.2 無人機遙感技術(shù)特點

無人機遙感技術(shù)具有操作靈活簡單、效率高、應用廣泛等特點。一是操作方式簡單。測繪工作中只需將無人機的飛行路線設(shè)計合理,再根據(jù)具體工作實時矯正即可。此外,無人機若在工作中出現(xiàn)問題,可自行監(jiān)測并返回起點,并在解決故障后再次開展工作。二是可以更加快速、準確地對工程進行測量測繪,提升工作效率,同時監(jiān)測突發(fā)情況,幫助工作人員做出相應分析,降低突發(fā)事件發(fā)生率,減少損失。三是無人機體積小、質(zhì)量輕,容易攜帶,可穿越狹窄區(qū)域,可以隨時起飛或降落;同時可快速起飛,完成任務(wù)后按照系統(tǒng)設(shè)定方式降落,具有較強靈活性。四是在條件惡劣與地形復雜的環(huán)境中,比如河流、山區(qū)中,均可進行準確的測量。此外,無人機遙感技術(shù)與三維技術(shù)相結(jié)合,可更加全面、細致地進行測量,幫助工作人員精準掌握測繪情況。

將遙感技術(shù)應用到無人機中,可使采集到的信息具有一定的實時性,對實際工作提供幫助。一是無人機遙感技術(shù)可根據(jù)實際需求對數(shù)據(jù)進行相應分析,自行清除無價值的信息,進一步提升數(shù)據(jù)采集信息的有效性與實用性。二是無人機收集到的信息無順序性,雜亂無章,無人機遙感技術(shù)可對這些信息進行有效分析,在清除無用數(shù)據(jù)的同時,找出這些信息的內(nèi)在聯(lián)系,重新分組排列,自行整理信息。三是在無人機工作時,可以采集無人機航線信息,對無人機航線進行監(jiān)測,可以保證無人機正常工作,同時無人機可將這些信息及時反饋給工作人員,工作人員通過這些信息對無人機進行實時操控,保證無人機安全及獲得信息的有效性與實時性。

1.3 無人機遙感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代科技不斷進步,為無人機遙感技術(shù)的發(fā)展提供了良好環(huán)境。目前,全球范圍已有30多個國家相繼開展無人機遙感技術(shù)的研究工作,當前已知的無人機類型有300多種,且有約50個國家正在使用多達100種無人機。近年來,我國用于民用的無人機類型不斷增多,無人機方面的研究也在逐步深化,衍生出了很多能用于生活的先進產(chǎn)品。伴隨無人機遙感技術(shù)的發(fā)展,低空遙感技術(shù)近年來發(fā)展很快,該技術(shù)靈活機動,利用該項技術(shù)能夠及時獲取測量區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)進行,將航空拍攝設(shè)備安裝于低空飛行器上,其能夠?qū)Ω叨?000m 以下的測量區(qū)域進行詳細測量,而且拍攝效果極佳。當前無人機遙感技術(shù)的發(fā)展不斷加快,為其在各個領(lǐng)域中的廣泛應用奠定了良好基礎(chǔ)。現(xiàn)今,我國在無人機遙感技術(shù)方面已具備相當豐富的經(jīng)驗,對其持續(xù)發(fā)展極為有利。

2 無人機遙感技術(shù)在測繪工程測量中的應用研究

2.1 無人機遙感技術(shù)在信息處理中的應用

在工程測量的信息處理環(huán)節(jié)利用無人機遙感技術(shù),能夠展現(xiàn)出良好的應用優(yōu)勢。在以往的工程測量信息處理過程中,一般都需要采取人工測量和數(shù)據(jù)處理,出現(xiàn)許多誤差現(xiàn)象,影響數(shù)據(jù)信息的實用性。無人機遙感技術(shù)可以改變傳統(tǒng)工程測量中的信息處理模式,使其走出人工數(shù)據(jù)處理的困境,降低了數(shù)據(jù)處理誤差概率,工程測量的數(shù)據(jù)更加準確,信息處理技術(shù)水平得到提高。在現(xiàn)代科技推動下,無人機遙感技術(shù)在許多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了測量運用,同時對資源監(jiān)測具有良好的測量效果。以礦山開采工程為例,通過無人機遙感技術(shù)能夠探尋深度和廣度更大的區(qū)域,在此基礎(chǔ)上提升了測量準確度和測量效率,降低了人為測量的風險性,對周圍環(huán)境也起到保護效果。另外,在測量的數(shù)據(jù)信息處理中也體現(xiàn)出了良好的使用效果,通過無人機遙感技術(shù)有助于在礦山整治工作中獲取精準數(shù)據(jù),勘查生態(tài)環(huán)境,為環(huán)境保護提供了支持。

2.2 獲取測繪影像資料

采用無人機遙感技術(shù)進行繪測測量工作,首先要對目標測量區(qū)域開展相關(guān)的調(diào)查研究,科學設(shè)計無人機飛行路線,與試飛相應設(shè)備的平臺相結(jié)合,從而進行科學的選擇。無人機遙感技術(shù)與其他遙感影像技術(shù)相比有很大的不同,在這項技術(shù)中,無人機在飛行過程中會有很小的飛行幅度,而且具有大偏角的特點,所以通過該項技術(shù)能夠?qū)y量目標進行多角度拍攝,便于獲得詳細的三維影像數(shù)據(jù)。為了保證測量效果,必須確保數(shù)碼相機具有高質(zhì)量的拍攝效果。

2.3 應用無人機遙感技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集

從數(shù)據(jù)采集的不同主體方面進行分析,借助無人機遙感技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集的過程中,一般包含手動、自動兩種采集模式,其中手動數(shù)據(jù)采集通常是利用計算機遠程控制技術(shù)來進行數(shù)據(jù)采集工作,該環(huán)節(jié)針對無人機操作人員來說,僅需要在基站內(nèi)部,且以實際數(shù)據(jù)采集需要為參考依據(jù),有選擇性地高效開展圖像拍攝,就能采集各種數(shù)據(jù)信息。例如山西某礦山公司旗下露天礦的無人機測量項目中,數(shù)據(jù)收集的主要目的是測量排除場土方量,為礦產(chǎn)公司工作量的核算提供協(xié)助作用。以往,用戶使用的傳統(tǒng)測量方式為GNSSRTK,但這一測量過程面臨著較大的危險,同時也會耗費較長時間,并且需要三人小組連續(xù)工作一周才能夠完成測量任務(wù)。而借助無人機測量這一高效方式的應用,如md LiDAR1000無人機掛載激光雷達集成系統(tǒng),能確保一天內(nèi)出成果,能實現(xiàn)極小誤差的測量效果,加之借助等高線的生成,能為土方量計算提供可靠參考數(shù)據(jù)依據(jù)。自動加密是無人機內(nèi)部控制系統(tǒng)中的一項自我保護機制,無人機拍攝設(shè)備、傳感器接收到符合需要的圖像信息時,可暫存該部分信息,此時要想為數(shù)據(jù)存儲安全性提供保障,就應注意存儲器加密程序的設(shè)定,在后續(xù)針對無人機內(nèi)部拍攝圖像進行調(diào)用的過程中,以訪問權(quán)限為依據(jù)來訪問加密的信息,以此為數(shù)據(jù)私密性、準確性提供保障。從自動采集數(shù)據(jù)模式方面進行分析,借助無人機遙感技術(shù),可針對實際需求進行綜合考量,進而分析整個數(shù)據(jù)群,將其中不具備價值的信息找出并及時清除,使整個數(shù)據(jù)群使用價值大幅度提高;與此同時,還能自動分析并整理雜亂無章的數(shù)據(jù),挖掘其中關(guān)聯(lián),并以此為前提,自動進行重新組合排列操作,大幅度提高數(shù)據(jù)的連貫性。

2.4 在復雜地形中的應用

傳統(tǒng)的工程測量測繪中,往往用人力與相關(guān)GPU、GPS等技術(shù)進行測繪,測量精度不高,且若遇到復雜地形,往往會為測繪技術(shù)帶來困難,存在較大的人身安全隱患。應用無人機遙感技術(shù)可打破這一局面,工作人員可在安全位置操縱無人機,令無人機置于險地工作,既保證了工作人員的安全,又可提高了測繪的精準度,推動測繪工程測量技術(shù)的發(fā)展。此外,在無人機工作中,合理應用遙感技術(shù)不僅提升了測繪信息的整體質(zhì)量,也對信息系統(tǒng)進行了有效的加密處理,增加了信息在傳遞、運輸過程中的安全性與有效性。工程信息采集過程中,無人機遙感技術(shù)可自動處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息,對部分無用信息進行科學處理,保證信息的準確性與有效性,大大減少了人力。如:在對礦井進行數(shù)據(jù)測量時,可代替測量人員深入地下,更好地測量煤炭資源,測量效果好,對周圍環(huán)境破壞少,還有利于減少成本投入,增強工作人員的安全性。

2.5 突發(fā)事件應急處理

面對滑坡、泥石流、地震等突發(fā)事件,常規(guī)的測量手段無法正常開展,且方法過于陳舊,測量周期過長,難以實現(xiàn)對測量目標的動態(tài)化監(jiān)測。如山區(qū)出現(xiàn)地震、滑坡、泥石流災害后,惡劣的環(huán)境對地面測量工作造成極大影響。同時,在一些惡劣天氣條件下,航空遙感以及衛(wèi)星遙感測量也會受到很大限制,無法及時獲取災區(qū)的具體影像,更不能達到動態(tài)監(jiān)測測量的目標。而無人機遙感技術(shù)的應用,使其問題迎刃而解。該項技術(shù)能更好地應對突發(fā)事件,深入到災區(qū)內(nèi)部進行動態(tài)監(jiān)測,對災區(qū)情況進行詳細測量,獲取精準的測量數(shù)據(jù),為應對突發(fā)事件提供重要的參考數(shù)據(jù)。

2.6 應用無人機遙感技術(shù)開展低空作業(yè)

測繪工程測量作業(yè)開展時,如果能夠有機整合該項作業(yè)和無人機遙感技術(shù),可有效突破環(huán)境條件方面的限制,也能為所獲圖像的質(zhì)量提供保障,且具體應用無人機遙感進行測量工作時,操作、使用等方面也不會存在較大難度。隨著近年來科技水平的進一步提升,以此為背景的無人機航拍自動化技術(shù)也開始得到優(yōu)化和完善,此時無人機遙感技術(shù)在低空作業(yè)方面開始發(fā)揮重要作用,并且與無人機遙感技術(shù)相配套的數(shù)據(jù)處理軟件,有效提升了無人機自動化水平,因而從技術(shù)角度推動了無人機遙感技術(shù)發(fā)展,為無人機操作靈活性水平的提升提供了促進作用。低空作業(yè)中應用無人機遙感技術(shù),可更好地捕捉和拍攝圖像,原因在于無人機的自穩(wěn)功能十分突出,且自動校驗目標也能在此背景下有效實現(xiàn),此時基于相應軟件的利用,即可有效處理形變問題,確保誤差處于規(guī)定范圍。在無人機系統(tǒng)內(nèi)通過補償相機的安裝,能夠以具體情況為依據(jù)來自動調(diào)整姿態(tài)角,受該方面優(yōu)勢作用影響,能采集精確的測量數(shù)據(jù),同時也能推動該技術(shù)自動化水平的進一步提高,更重要的是影像處理效果也十分契合實際需求。

2.7 無人機遙感技術(shù)的城市規(guī)劃測量應用

隨著我國城市建設(shè)的逐漸發(fā)展,城市規(guī)模也在逐漸增加,然而在建設(shè)過程中,可能會出現(xiàn)一些缺陷與漏洞,其主要原因為城市規(guī)劃人員在進行城市建設(shè)設(shè)計時未參考更多有效數(shù)據(jù),如測繪測量的有效數(shù)據(jù)。因此,設(shè)計人員在設(shè)計時,應使用無人機遙感技術(shù),準確獲取設(shè)計數(shù)據(jù)模型,建立相應的城市數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)人員可通過無人機遙感技術(shù)對相關(guān)區(qū)域進行視頻、圖片的拍攝,判斷城市建設(shè)施工的規(guī)范性與合理性,數(shù)據(jù)人員對無人機所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分析,一旦發(fā)現(xiàn)施工與設(shè)計需求相偏離,即可進行彌補,采取一定修復措施,保證了城市建設(shè)的順利開展,減少了成本投入。在進行無人機拍攝時,工作人員可調(diào)整無人機的拍攝角度與拍攝路線,進行有選擇的拍攝,提高拍攝準確性,得到更為實用的數(shù)據(jù)。

3 無人機遙感測繪技術(shù)的應用優(yōu)勢

當前,無人機遙感測繪技術(shù)進入新的發(fā)展時期,不斷打破傳統(tǒng)限制,在測繪行業(yè)中得到廣泛運用,充分展現(xiàn)出該技術(shù)的實際作用,促使測繪工作效率得到大幅提升,確保測繪質(zhì)量達到規(guī)定標準,對工程開展具有較大意義。并且,無人機遙感測繪技術(shù)在應用過程中具有較大優(yōu)勢。

3.1 信息處理速度較快

在區(qū)域監(jiān)測過程中,經(jīng)常會存在目標監(jiān)測難度相對較大的區(qū)域,具體目標不夠明確,導致測繪準確性相對較低。由此無人機遙感技術(shù)則可快速針對測繪難度較大的區(qū)域進行有效監(jiān)測,能夠快速處理該區(qū)域的測繪信息,該技術(shù)的分辨率相對較高。在拍攝過程中整體較為清晰,有助于工作人員對相關(guān)區(qū)域進行全面監(jiān)測,充分展現(xiàn)出測繪技術(shù)的實際價值。

3.2 監(jiān)測范圍相對較廣

在我國技術(shù)的研發(fā)下,無人機遙感技術(shù)也得到有效升級,能夠?qū)Υ蠓秶鷥?nèi)的物體進行全面監(jiān)測,并獲取最新的數(shù)據(jù)信息,為工作人員開展工作提供較大幫助。并且,該技術(shù)還可對范圍較小的物體進行監(jiān)測,充分控制監(jiān)測尺度,可有效達到良好的測繪結(jié)果。并在該技術(shù)的使用下能夠真實反映出監(jiān)測區(qū)域的實際情況,促使相關(guān)人員可直觀了解具體的地理信息,掌握工程具體狀況。

3.3 監(jiān)測效率高

在無人機遙感技術(shù)的應用過程中,可有效提高測繪效率。當出現(xiàn)異常,該技術(shù)能夠在最短時間提出合理解決方案,節(jié)省大量時間,避免相關(guān)單位產(chǎn)生較大的損失。并且,該技術(shù)應用時的測量精度相對較高,有助于為工作人員提供準確數(shù)據(jù),充分展現(xiàn)出該技術(shù)的發(fā)展前景,推動我國測繪工作的有序開展。

結(jié)語

如今,無論是城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)還是工程建設(shè)和管理,都對測繪測量提出了極高的要求。為快速完成測繪測量任務(wù),減少人力資源的投入,無人機遙感成為首選技術(shù)措施。它靈活機動、高效快速,有著十分廣泛的適用范圍,能很好地在不便于采用傳統(tǒng)手段進行測繪測量的區(qū)域中使用,減輕測繪人員工作量,消除安全隱患,保證測繪測量工作順利、安全、高效地完成。