基于中繼通信技術的地形特征點無人機精細測繪研究

張國昌

（濱州市自然資源和規劃局，山東 濱州 256600）

1 無人機中繼通信

隨著科技的發展，無人機的用途越來越廣泛。通過在無人機上安裝信號接收裝置、信號發射裝置以及圖像接收裝置，就能完成信號采集工作，無人機繪圖系統包括無人飛行機械工作區、圖像采集區、地面飛行行為控制區以及信號傳送區。無人機的工作模塊包含飛行機器、電力供應裝置、功率調節裝置和槳葉，在實際的地圖繪制中還需要輔助的電子設備。目前，無人機地形圖測繪技術一般采取先內后外的工作方式，即先采集和整理測繪區域的基本信息，然后根據實際需要采集其他區域的數據[1-3]。在完成所需資料采集后對影像進行預處理，包含差值修正、沃爾利斯（Wallis）轉換等，使用影像設備上的校正板校正影像，再利用專業的程序建立三維模型，以影像工作點為基礎進行大面積地圖的繪制[4,5]。

當前普遍使用的繪圖專用無人機能夠在云層下進行作業，避免了氣象干擾和云層遮擋。隨著電子信息技術和機械制造技術的迅速發展，為三維成像提供足夠的數據支撐[6]。由于無人機的體積小、重量輕，在地圖的繪制中容易受到外界的影響，因此無人機的安全飛行是保證測繪工作順利進行的關鍵。此外，所裝載的影像采集設備大多是非專業的，與傳統航空所裝載的專業影像采集設備相比具有很大的可變性，容易造成觀測點、投影中點以及成像點的不共線。

中繼通信系統是無人機的關鍵組成部分，利用該系統可以執行無人機平臺的監控、起飛、降落等任務，如圖1所示。長航模式下，無人機的主要功能是在8 km的高度進行偵查和打擊，同時也可以進行情報搜集。目前，無人機已經形成了一個完整的體系，類型越來越多，能夠完成各種功能[7]。隨著無人機對中繼任務的要求越來越高，利用鏈路集成處理器將數據鏈中的數據處理和平臺任務結合起來。同時，在充分利用網絡中心開放性的基礎上可以兼容IP協議，既可以確保已經安裝的數據鏈平臺之間的連接，也可以在傳統的非IP數據鏈平臺和網絡中心IP之間起到橋梁的作用[8]。鏈路集成器主要包括3大模塊，即主機接口模塊、終端接口模塊以及數據鏈路處理模塊。其中，數據鏈路處理模塊的主要功能是處理各種信息。

圖1 無人機中繼通信

2 地形圖測繪的應用

地形圖測繪是我國現代化建設項目中的一項重大任務，它能為整個項目的總體規劃提供一定的地理信息。無人機測繪主要流程如圖2、3所示。

圖2 無人機航攝外業作業主要流程

圖3 無人機航攝內頁作業主要流程

2.1 城市規劃與設計

地形圖測繪為城市規劃和設計提供了數據支撐，能夠提高工作效率和質量。在實際應用中，由于某些區域的云層較厚且地形較高，因此會對航測精度造成一定的影響。某工程勘測單位在進行區域測繪時，由于當地的云量較小且山地較高，因此采用無人機進行地形測量。技術人員操控無人機在適當的飛行高度采集區域的全貌信息，利用遙感技術對目標地形進行三維模型化，實現對地形的初步勘測。在二次測繪中，技術人員通過調整無人機的飛行高度，采用高清攝像機采集目標區域的資料，確保資料更加準確。在測量過程中會遇到一些突發情況，如在測量前方出現巨大的山體等。技術人員通過靈活操控無人機來實現有效避障，提高了測繪工作的安全性。

2.2 土地利用管理

我國不同區域的地貌差異很大，利用放大后的地形圖可以為有關部門提供宏觀地理形態分布數據資料，為改進土地利用管理政策提供依據。在采集圖像數據時要針對不同區域的特點選用合適的攝影技術，以彌補傳統勘測的不足。在拍攝目標區域時，根據無人機的旋轉角度和圖像的大小，通過調節無人機的飛行狀態實現全方位的拍攝。在低空遇到障礙時，通過低速過彎獲取整個視野范圍內和視野盲區的信息，增加照相機的曝光，這種方法適用于在黑暗地區進行攝影。利用曝光可以提高圖像的清晰度，改善圖像采集質量。在采集圖像時，利用無人機對不明地區進行拍照，能減少意外事件的發生。

3 地形圖的常見制圖技術探討

全站式電子距離測試儀（簡稱全站儀）是一種集光學、機器學等多學科技術于一體的高科技儀器，能夠同時測量地形的水平角度、垂直角度、平面距離以及斜面距離。全站儀測繪的工作主要包括野外調查、測繪方案設計、野外數據采集、內業測繪、圖象質量驗收以及輸出結果等。利用全站儀進行地圖的測量和繪制能夠提高地圖的精度，但是這種方法對人工的依賴性較強，需要耗費大量的時間。與野外測繪相比，城市和鄉村的測繪環境要好很多，而且能為人力、物力的消耗提供持續支持。全站儀具有高精度的特征，可用于城鄉地基、房屋位置等的測繪。

GPS-RTK只要能夠收到來自4顆以上衛星的通信和電磁信號，就可以對其進行校正，得到相應的地理坐標。

4 無人機中繼通信技術的發展前景

無人機中繼通信平臺載重和空間都比較大，隨著現代通信中繼技術的飛速發展，目前已經有了適合中、低空的小型無人機通信中繼平臺。強化無人機通信系統的結構設計，構建以網絡為核心的信息系統，增強無人機性能。以云計算為基礎，構建企業統一的數據中心，以實現動態數據的實時發布。統一協調商業衛星租用，發展全球寬帶衛星通信，減少衛星通信成本和帶寬約束。隨著無人機在測繪領域的廣泛使用，其承載的任務負載和通信方式也在不斷增加，模塊化、小型化的設計已成為未來的發展趨勢。隨著無人機承載能力的不斷提高，對數據的需求也隨之增加，對擴頻帶寬、提高頻帶利用率、提高信息傳送能力提出了更高的要求。積極發展寬帶衛星通信，以適應不斷提高的數據帶寬要求。隨著無人機技術的發展和推廣，對寬帶衛通資源的需求也在不斷增加。為了適應不斷增加的超視距戰斗數據對寬帶傳輸的要求，必須大力發展寬帶衛星通信轉發器。除此之外，強化通信網絡的安全防護。未來無人機將會面臨更為嚴峻的工作環境，對通信系統的電磁兼容、低截獲概率、抗欺騙能力、安全性能和抗干擾能力等提出了更高的要求。

5 結 論

隨著通信技術的迅速發展，無線中繼技術得到了廣泛應用。通過對基于中繼通信技術的地形特征點無人機精細測繪進行研究，可以實現復雜環境下的地形勘測與無人機遠距離安全操控，能夠有效提升應急測繪能力，具有較高的實際應用價值。