無人機航測技術在工程測量中的應用分析

文／高一民 太原市測繪研究院 山西太原 030002

引言：

傳統工程測量工作主要以人工為主，測量范圍較為狹窄，測量精準度極容易受到設備因素、管理因素、人員操作水平等因素影響。通過將無人機航測技術應用在工程測量環節，可充分發揮出無人機靈活機動優勢，對所需測量部位空間數據展開全面采集與量測，為后續工程測量工作的高質高效開展提供重要理論依據。

1、概述無人機航測技術

1.1 無人機航測技術概念

無人機航測技術主要就是在傳統航空攝影測量工作基礎上，配合使用無人機設施，輔助開展工程測量工作的重要方式。相較于傳統航測技術而言，無人機航測技術具有機動靈活、高效精準、適用范圍廣、運行成本低等優勢。可以在小區域及較為困難的飛行區域內快速獲取高分辨率影像。隨現階段無人機及數碼相機技術發展速度逐漸加快，無人機及航空攝影測量組合而成的無人機數字低空遙感技術被更加廣泛地應用在工程測量、災害應急與處理，資源開發等過程中，實際應用前景更為廣闊。

1.2 無人機航測技術應用特征

（1）靈活性強。借助無人機開展航測工作，可以使測量工作的靈活性更強，適用于多類型的起降場所。因無人機以及攝像機的重量較小，更加便于運輸攜帶，有效節省了攝影測量工作成本。無人機測量工作多開展于低空環境下，不易受到環境因素干擾。在起降過程中僅需要小塊平整地面即可，不必設置專用機場，降低配置難度不高，靈活性更強。

（2）運行效率強。無人機航測結果能夠直接用于生產實景三維模型的構建、1:500測圖等環節中，實際工作效率比傳統攝影測量工作效率高出數倍或數10倍。同時，航測方式還能夠有效突破地點、時間的限制，使航測結果更為全面精準。隨著無人機技術日漸成熟，續航時間短的問題也有所改善，從根本上提升了測量工作的連貫性，使工程測量效率得到改善。

（3）測量精準度高。無人機航測環節中的攝像機分辨率、相控點布置情況對后續構建三維模型與測量成圖效果具有直接影響。如相機分辨率＞1.5cm、相控點精度＜2cm，相位點精度可達95%以上。

（4）測量限制少。原有數字測量工作主要使用全站儀，在測量時會受地區限制影響，測量工作開展難度進一步提升，所獲得的圖像存在較大誤差，精準度難以得到有效把控。借助無人機航測手段，可滿足多種地形的測量工作，被應用在復雜地形條件測量工作中，從根本上提升測量水平。

（5）運行成本低。從設備角度分析，在相同測量任務下，無人機的體積更小，造價遠低于傳統航空測量工作。獲取測量數據信息的時效性更強，可在短時間內完成測量任務。由于無人機航測工作能夠直接擺脫環境空間限制，不必工作人員直接參與。無人機自身可控性較強，對促進無人機航測發展，控制工程測量成本具有重要意義。

1.3 無人機航測技術應用要求

無人機航測技術是現代最為重要的數據采集手段，為工程地形要素采集工作提供了更多可能，使工程測量數據精準度大幅度提升。現階段不同地形條件對無人機航測技術運行精準度的要求不同。為從根本上發揮出無人機航測技術，在保障工程測量效果中的應用重要性，相關部門需要對無人機系統啟動前進行全面檢查，確保無人機處于安全可靠運行狀態。對無人機上攝影設施展開檢查，查看影像圖形效果。分析無人機航測技術應用期間的周邊環境，為無人機運行提供更加廣闊的空間。要求在無人機航測技術應用時還需要嚴格遵循航測工作流程，進一步保障性測結果的精準度。

2、無人機航測技術應用現狀

現階段無人機技術發展速度不斷加快，涵蓋范圍日漸擴大。我國無人機研發也取得了重大成就，成為無人機產品重要出口國。無人機具備較強適用性，能夠參與到各領域生產經營建設過程中，對推動行業技術更新意義重大。在無人機持續改進過程中，低空遙感技術也取得重大突破。將低空遙感技術與無人機技術組合在一起，能夠在200～2500m范圍內保障高精度攝影，避免獲得的影像受到云層影響，實現陰天測量目標。在無人飛行機具體操作過程中，無人機搭載的航空數碼相機能夠借助控制模塊，對無人機進行遠程操控。現階段航測飛行器可實現自主導航目標，通過使用GPS系統，采集并整理行測數據，同步開展飛行控制工作。在常規測量工程中，測量工作主要依靠人工開展，而無人機航測技術能夠替代人工行測手段，增強整體測繪效率，突破工程測量中的時間及空間限制。來看，在無人機航測工作開展過程中，還會受到諸多因素影響而出現各類問題。

（1）無人機航測工作會受到航飛空域影響。如果依照具有流程申請空域，審批時間較長，導致無人機航測工作的靈活性及便捷性，難以被充分發揮出來。

（2）無人機傾斜攝影設備會受天氣因素影響。如下雨、下雪、霧霾天氣下，空氣中的能見率較低，不僅會導致航設能見度下降，還會引發無人機故障問題。

（3）無人機航測會受到測量區域植被生長情況的影響。由于較高植被會遮擋住構筑物或測量地點的地形地貌特征，還需要在航測工作開展基礎上配合使用外業調繪、補測工作。

3、無人機航測技術在工程測量工作中的具體應用方向

3.1 在水利工程中的應用

為高質高效獲取測量數據，滿足工程設計施工要求，需著重使用無人機航測技術。在實際測量工作開展前，應規劃無人機測量航線，結合工程實際施工及建設需求，選擇適宜的無人機控制點位，避免由于地形條件較為復雜，導致測量精準度受不利影響。在航線規劃時需要預先設定快射方向以及飛行軌跡。因航測畫面清晰度、數據精準度經常會受到各類因素影響，還應開展精密規劃工作，增強無人機運行效果。

無人機航測工作開展時，內部無人機設備會配備專業芯片，在芯片中錄入航線數據，簡化航測操作流程，降低無人機操作難度。工程測量工作完成后，需要將測量數據進行整理，進一步增強數據坐標系選擇期間的合理性。

3.2 在水污染治理工程中的應用

當前水環境污染情況日漸加重，引發了諸多生態危害。在水污染檢測工作開展時，需要設置適宜檢測地點，觀測藍藻等污染物分布與生長情況，從根本上增強測量工作的可靠度。無人機航測技術的應用可以將藍藻測量數據實時傳輸給環境保護部門，為工作人員提供更加清晰的圖像。

在水污染治理工程實施過程中，數據的獲取不能僅依靠無人機航測技術，還需要配合使用人工檢測技術手段，增強測量數據精準度。

無人機航測攝像裝置選擇時，多使用變焦鏡頭，做好定焦工作，合理控制焦距與畸變之間的關系，使航測精準度與預期目標相符。

3.3 在環境治理工程中的應用

受復雜氣候因素影響，傳統測量方式難以保障測量工作的實施精準度，導致環境監測工作開展效果與預期目標存在一定差距。借助無人機行測技術手段，能夠有效減輕外界不利因素對工程實施質量造成的不利影響，從而獲得更加全面精準的生態環境數據、具體來說，通過充分發揮出無人機航測技術高效、精準功能，獲得更加全面的水生植被特征數據，利用可見光波提取法實現行測目標。

無人機航測技術還能夠應用在快速成圖中，在緊急環境測繪工作開展時使用無人機航測方式，盡快搜索測區環境數據以及影像數據，而后將數據接入到服務器內，完成數據分析工作。

3.4 在礦山工程測量中的應用

礦產資源在我國經濟建設中也占據了重要地位，應將無人機航測技術應用在礦山工程測量工作中。具體來說，無人機測量能夠用于獲取礦山周邊環境破壞情況，及時發現存在于礦山環節的亂挖現象，避免對生態環境造成破壞。

4、無人機航測技術在工程測量中的實際應用重點

現階段無人機技術被應用在工程測量工作中，測量工作所得信息的準確性與時效性能夠得到根本上的保障。在無人機航測技術應用期間，主要包括計算機技術、通信技術、數碼攝像技術等，進一步擴大了無人機航空攝影覆蓋面。同時，無人機航空攝影技術能夠更好地被應用在復雜條件下的工程測量工作中，為設計人員提供更加直觀的建筑工程周邊構筑物分布形式，從根本上提高工程設計與規劃水平意義重大。

在無人機航測技術開展前，需要全面調查航測區域內地形地貌、面積、自然環境等特征，結合實際航測情況設計航線，明確與航線有關的數量、方向的信息，確保獲得的數據更加精準合理。做好被監測區域的數據收集工作，獲取更全面的DEM、DOM等數值，根據具體情況對被測量區域進行合理劃分。確保航線覆蓋到測量的所有區域，使最終測量結果更為全面。確定基礎數據與設備錄入情況，如航攝期間的焦距值、像素大小、巡航速度等數值均處于合理范圍之內。

在像控點布設過程中，可以采用合理的平面像控點布設手段，對測量區域網絡進行全面布設。在像控點布置過程中，平面點必須設定為平高控制點。根據實際測量條件、航拍條件以及數據精準度要求，選擇適宜的像控點位置。如在無人機航拍期間配合使用四條基線以及兩條航線，將航線設置為一對平高點，要求在航拍邊緣以及航線重疊區域設置控制點。像控點設置過程中，還需要將控制點盡量設置在中間位置，使獲得的航測結果更加精準。

無人機定點測量工作，就是對整個航測工程展開合理規劃，將工程依照不同要求劃分為多個區域，如高空區、低空區等。為保障測量結果精準可行，應對不同地點展開定點測量，如每百米設置一個檢測點。無人機圖像測量工作可獲得更多影像數據，大部分數據可被應用在應急測繪中。在航飛后以及相控測量工作開展時，還需要確保區域內圖像分布均勻。獲得影像數據后，應對測圖質量進行全面檢查，根據圖像內容獲得POS數據，快速拼接到測區影像中。

重點關注無人機航測后的數據處理工作。對于無人機航測數據處理，應根據航拍不同位置調整航拍飛行傾斜角度，對航拍數據展開調整。結合不同地形條件確定區域內定點及控點位置，核實工程內具體坐標以及數據，避免數據精準度對數據結算結果造成不利影響。對測量出的數據進行匯總處理，確定各坐標比例尺，核實比例尺精準度，然后將獲得的數據與具體坐標數據共同繪制出測量分布圖，完成工程數據的精準測量工作。

不同作業場所下無人機航測技術的應用重點也存在較大差異，需要相關工作人員充分發揮出無人機航空技術在實際應用期間的優勢，結合實際工作要求制定無人機航測技術方案。例如在低空作業期間，基礎航測工作會受到地形及天氣等因素影響而導致測量結果不精準，由于工作地形情況復雜，航拍起落受到限制。如果自然環境較差或者云層較低，會有一定程度影響到航拍視線，導致測繪工作質量下降。無人機航拍過程中可實時跟蹤工作人員動向，工作人員也可以遠程操控無人機。在測量區域較小的位置，應用三角測量方法，精準計算出向外方位元素。

在密閉空間中應用無人機航測技術，也可進一步增強實際測量效果。由于密閉空間內存在較多危險因素，需要在航測過程中由工作人員配合使用計算機及檢驗轉換軟件，高度轉化航空圖像，進一步增強測圖的精準性。配合使用搖桿技術手段，有效采集地理信息數據，推動城市化建設進程，

傳統地質災害調查工作開展期間，部分偏遠山區或復雜地質條件下的信息采集難度較大，難以幫助各部門正確了解到災害實際情況。而在地質災害調查中使用無人機航測技術，可以對不同地區自然災害發生暫態及發生后實際情況進行多方位跟蹤調查，為工作人員提供更加全面真實的災害數據，減少實際工程測繪工作中的損失量，為保障社會及大眾核心利益奠定堅實技術基礎。

5、無人機航測技術在工程測量中的應用案例

5.1 工程概況

論文以某建筑工程為例，該建筑工作位于太原地區，地理環境與氣候條件較為良好。但由于現場天氣變化較大，需要合理控制航飛時機，確定合理的起飛地點與起飛時間。在航線規劃與測區劃分期間，應當注意風速控制，使無人機始終保持在安全區域內。劃定不同測區，針對不同測區要求設置合理的測量精度。

由于建筑工程施工周期較為緊張，因此在像控點布設期間，可選用400m正方形網格布設手段，角點處周圍作為像控點的采集區域。在測區外部增加適當的像控點。像控點最近的控制點平面位置誤差不得大于0.2m，高程誤差值也不得大于0.2m。對采集到的影像數據進行預處理，針對相片邊緣存在的光學畸變情況，需要對畸變差進行改正后在可以開展空三加密工作。

5.2 無人機航測流程

5.2.1 無人機航測外部處理技術

無人機航測外部技術內部包括工程控制點、策劃航測路線等方式。在工程測量過程中，僅使用人工測量手段難以滿足工程建設具體要求，因此可以將無人機空中識別技術應用在工程控制點建立中。要求每260m建設一個控制點，控制點的數量應當參考工程建設規模。在規劃無人機行測路線時，應當結合項目規格及地形條件，對無人機偵查線路進行科學規劃。將計劃空氣檢查線路輸入到無人機飛行控制系統內，確保無人機空氣檢查數據全面精準。

5.2.2 無人機航測低空作業

傳統航測低空作業，測繪結果經常會受到地形條件或環境因素影響出現偏差。如地形復雜，航空拍攝期間會受不同程度限制。航拍如果遇到較低云層，還會受到云層因素影響，導致航拍質量進一步下降。借助無人機航測低空作業，對啟動外部環境沒有特殊要求，受地形條件的影響也較小，不需要工作人員全程跟蹤，進一步節省了航測工作實施時的人力資源與物力資源。

5.2.3 數據采集及圖像獲取

在無人機數據采集過程中，需要做好數據手動采集與自動加密工作。其中，手動采集主要就是工作人員借助計算機操控手段選擇性采集數據，數據應當具備一定的及時性、準確性及精準度。在自動加密過程中，航拍圖像及數據采集需要自動存儲在處理器內，設置密碼，規范數據使用權限。

飛行過程中，無人機會受到風向等因素影響而出現影像旋片角度過大、圖像無法對應等問題，因此還應當合理規劃飛行環境、飛行線路與飛行平臺，結合飛機測量特征，選擇空中三角測量技術實施定點測量，避免在無人機行測時出現數據偏差問題。

匹配航測數據，提取數據內部測試連接點，判斷數據是否處于均勻分布狀態，進一步增強航拍畫面清晰度，避免錯誤拍攝問題出現。

5.2.4 無人機航測內部處理

無人機航測內部處理主要就是開展數據準備與數據結算工作。其中，數據準備需要指導航測數據，調整無人機整體航向與偏旁角度。借助無人機航測數據以及控制點位置確定工程所在位置。數據結算工作主要就是在新建工程中導出無人機航測數據，并在此基礎上繪制出工程坐標圖，確保坐標圖內部細節、參數數據與工程實際施工情況相符。

5.3 無人機航測管控要點

為充分發揮出無人機航測技術在建筑工程測量中的應用重要性，管理部門還需制定出更為完善的質量監管體系，優化工程測量程序，將工程測量管理工作與施工管理工作有機結合在一起，對測量信息進行充分收集與處理，借助測量信息狀態，找尋出工程施工期間可能存在的各類問題，制定專項可行解決對策。

同時，在使用無人機測量技術期間，管理人員還需結合建筑工程具體建設要求，制定更加可靠的測量流程，最大限度避免環境因素，對測量結果造成的不利影響。著重關注無人機的日常運維工作，避免無人機設施故障對測量結果精準度造成不利影響。在測量設備更換后還需要具體調整測量方式，確保建筑工程測量工作能夠始終處于規范有序地開展范圍之內。

結語：

總而言之，無人機航測技術現階段應用范圍不斷擴大，實際應用效果更為顯著。由于無人機航測具備較高的測量精準度及操作靈活性，能夠更加適用于不同工程測量與后續圖紙繪制環節。但就目前來看，無人機航測技術在應用期間依然會受到環境因素、管理因素的影響，還需要結合工程測量工作具體要求，制定出無人機航測技術應用管控機制，確保無人機航測技術能夠在從根本上提升工程測量精準度，保障工程測量工作高質高效開展中發揮出重要作用。