無人機航拍技術在測繪工程測量中的應用

陳 麗，孫康寧

（三和數碼測繪地理信息技術有限公司，甘肅 天水 741000）

隨著社會經濟的飛速發展，在地質工程測量工作中，傳統的手工測繪技術已經難以與現代地質工程測量測繪的需要相適應，在這種情況下，需要對現有的設備和技術點進行積極的改進。在我國目前的現代化建設中要完成測繪工程的建設和施工，都要耗費大量的人力物力，而無人機測控技術的全面應用[1-3]，可以極大地提高測繪工程測繪的質量，準確地觀察到工程建設所需的特定標繪數據，有效地保障測繪工程測繪的真實精度[4-5]。利用無人駕駛飛機航攝技術進行地質工程勘察，是一項十分有意義的工作，有著廣泛的發展前景。

1 無人機航拍技術及其優點

無人機航拍技術也可以被稱作無人機遙感技術，構成部分主要包含了無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、通信技術、遙測遙控技術、GPS 差分定位技術和遙感應用技術等。這些技術在其他各個行業的應用中已經證明了其應用價值，將該技術應用于地質工程測量測繪工作，一定會發揮出很大的優勢，如圖1所示。

圖1 無人機系統圖

與傳統的人工測繪相比，無人機航拍技術最大的優點就是節省了大量人力。另外，與之前使用的大型飛行器安裝在裝備上進行的制圖工作相比，這種微型飛行器的操作更加簡便，而且對操作的要求也更低。在使用大型飛機時需要向相關部門進行報備、審批等。無人機因為尺寸比較小，便于攜帶，所以可以節省大量的測量和測繪費用，特別是在某些比較復雜的地形上，還可以減輕限制，進行靈活的飛行，所以這種技術可以實現許多大型飛機不能進行航拍的測繪工作。在資料采集完畢后，有關人員利用實際的信息技術指導無人機返回，保障無人機自身的安全和相關資料的安全。根據目前的實際需要，對采集到的資料進行處理和分析。為了保證測繪工程的整體進度，還需要對已有的資料進行再建模和優化。在目前的工作中我國測繪工程的實施主要是采用無人機測量技術對其進行系統的測量與分析，該作業模式的實施還可以減少目前的工作強度，提高測量精度。采用該方法可以有效地降低因傳統測繪方法的不成熟而導致的各種安全事故，保證了后期測繪工程的整體質量。與傳統的測繪工程數據測繪相比，采用無人機技術可以大大縮短測繪工作的時間，還可以對實際的位置進行拍照和分析，讓測繪人員對目前的測繪工程現狀進行全面的分析，為后續的建設和施工打下堅實的基礎。

2 無人機航拍技術構成及其相關架構

遙感信息采集系統和遙感信息處理系統是無人機航拍技術的系統構成，前者包括無人機遙感平臺、飛行控制系統、地面監控系統，后者包括遙感相片處理、三角測量系統、三維建模系統，技術流程如圖2 所示。

圖2 無人機航拍測繪技術流程圖

通過實際應用，可以看出，在無人機航拍作業中，遙感信息收集系統的核心工作是信息收集，而相應的操作介質是無人機飛控系統。因此，這個系統的工作就是在經過定位導航，到達所要測量的區域之后，要對無人機加速度計、陀螺等的工作狀態進行控制，在傳輸信息的時候，要對其進行控制，讓其在指定的工作區域內完成任務。而在地面監控系統中，無人機航拍是使用IMU/GPS 技術進行導航的航拍，其拍攝的畫面會被及時傳送和調整，這就需要依靠地面監控系統來完成。地面監控系統包括監測軟件、天線、計算機等，通過這些設施，可以讓地面人員監測航拍，通過系統間相互及時的信息傳輸，對信息進行分析處理，大大降低了工作量。在遙感信息處理系統中，獲取影像信息是其最主要的工作，但是所獲取的原始影像通常都是混亂不堪、毫無價值的，因此需要對影像進行處理才能達到其實用價值，這時就需要將影像處理的功能發揮出來。其主要作業內容：影像資料的注記，需運用空域三角法，經3次加密后，建立3D 立體模型，最終產生所需的核線圖。該系統的另外一個版塊是三維建模系統，負責建立圖像對應的數字模型，利用建模軟件對原始數據進行分析，獲得結果，為設計方案的確定提供參考。

除此之外，還有傳統的和非傳統的無人機飛行測量系統。無人機航測遙感技術將遙控、遙感、航空測量三者結合在一起，以數據信息的快速處理平臺為基礎，為其提供了技術支撐，可以對地面展開快速、實時的調查和動態監測。無人機平臺還配備了控制系統和傳感器飛行器，從機翼的形狀來看，可以被分成2 種，一種是旋翼，另一種是固定翼?，F在很多用戶都更傾向于旋翼，因為其機身結構更容易控制飛行姿態，而其驅動方式則有燃油驅動，電動驅動。慣導與飛行控制技術是控制整個無人機飛行姿態和配載配置的關鍵環節，包含了傳感器、慣導及接收器，構成了無人機系統的核心技術，能夠對其進行導航定位，在出現危險時能夠快速地進入著落狀態，并保證安全著陸。非傳統無人機航測系統的造價成本較低，但是尺寸很小，價格也很低。在使用上，對環境的要求也很低，而且還擁有輕能化的優點，可以將其應用擴展到某些軍事領域上。

3 無人機航拍技術在測繪工程測量中的應用

3.1 決定制圖范圍和航路

目前大多數無人偵察機的航程都比較短，除了起降的時間，一般只有30 min，這是為了防止無人偵察機因為能量不足而墜毀。為解決這一問題，必須對拍攝范圍進行準確的劃分，以便合理規劃拍攝時間、拍攝架次、拍攝路線。一般來說，在一個具體的大范圍內，要進行分步的測量，最好一次航拍就可以完成，這樣才能有更多的規劃進行后續的航拍工作。此外，在拍攝的過程中，還需要根據特定的航拍范圍來決定路徑，從而避免因為重復拍攝而導致的工作效率下降、時間資源的浪費，如圖3 所示。

圖3 無人機航拍航路

3.2 航空攝影點及分區控制網的布設

在進行航拍之前，需要對特定的地區進行定位，這樣可以保證整體的拍攝過程更加的合理和標準化。在進行拍攝點的布置時要根據具體拍攝的環境，進行適當的調整，減少對環境的影響，保證信息處理系統對傳回的數據有更準確的分析。同時還需要建立區域控制網來提升測量和測繪工作的精度，并與實際的測量面積建立相應的控制網，保證在控制的區域內設置GPS 參考點，并用專業的坐標信息來表達，以便于后期的處理。其中，線路的計算和坐標的設定是十分關鍵的，若不正確的設定，將會嚴重地影響測量和測繪工作的進展。

3.3 數據處理

多年來的使用經驗證明，無人機航拍技術具有靈活、準確等優點，工作人員在進行勘探數據信息及對數據信息進行處理時要充分利用該技術的功能，利用高度匹配計算設備，通過數字表面模型（Digital Surface Model，DSM）對數據進行自動提取，并對疊加效應進行處理，最終達到三維地表的渲染。在這一過程中，工作人員需要保證數據的準確性，并將測試結果與原始數據進行對照、進行修正。在目前的工程建設中無人機的航測信息系統比較多，而且大部分都是根據國內的實際情況開發出來的，無人機在運行的時候，可以根據實際情況，將采集到的數據進行整理和分析。還可以利用相關技術，對目前的影像點進行實時的拍攝和處理，使測繪工作者可以更好地了解目前各個項目的具體特征，保證各個項目的施工質量。在進行無人機飛行測量資料的內業處理中必須先進行圖像的校正。主要是由于相機本身的特性所限，在鏡頭的邊緣處會出現較大的失真。在圖像數據的格式和糾錯過程中要結合攝像機的型號和檢查數據，采用專門的處理軟件，對航空數據進行三次加密，如圖4 所示。

圖4 空三加密處理成果

現在可以使用的軟件更多是空三加密，其處理流程基本都是壓制的，都應該在新建項目后導入數據，然后自動產生航線，并對圖像進行處理和分析。在提取出重點和測量刺點后，再進行平差和精度評估，為建立數據模型打下了堅實的基礎。在進行數據結算時測量員要在新的工程后面增加一個控制點，再進行數據處理，最終對已完工的數據進行處理。在求解過程中首先將航空測量資料導入DATmaxtrix 軟件，并建立了三維坐標系統，使航空測量資料與定位定向系統（Position and Orientation System，POS）資料相符合。在此基礎上，通過計算機進行數據的計算與優化。測量員可以將版面資料和有關檔案資料輸入到控制點編輯器中標示出空域。為了保證控制的精度滿足測量的需要，在數據處理完畢后，還要對其進行檢測。

在數據處理完畢后，還要根據測繪工程的特定要求，對其精度進行檢驗和評價。在精度評價方面，可以采用2 種方法：模型的精度評價和成果的精度評價。在采用成果精度評價方法時主要是對不符合成圖精度要求的資料進行手工抽檢。而在使用模型精度評價方法時主要是通過與實際資料的比較，檢驗兩者之間的關系。如果檢測結果與現場實際資料有偏差，則要判定該偏差是否超出了測繪工程計量許可的限度。

3.4 電子制圖

工作人員還要對返回的攝影照片進行二次加工，也就是對資料進行分析和建模，利用三角測量系統建立3D 立體模型，引入資料，獲得核線照片，并對照片進行剪輯，如圖5 所示。

圖5 無人機測繪三維實景模型

與特定的比率相比較并確定其結果，同時還需要對數字地圖的一些細節進行進一步的驗證，比如，放大標記檢查等，以保證在接下來的工作檢驗中，能夠獲得更加準確的測量信息，最后，將數字地圖制作出來。無人機航拍技術已在地質工程測量測繪工作中得到了廣泛的應用，如圖6 所示。

圖6 無人機測繪成果

主要包括了如下幾種情況：專用地圖繪制工作，在進行地圖的繪制之前，可以對目標區域進行航拍測量，幫助工作人員獲取必須的數據與圖像，一些大型橋梁、鐵路公路工程的修建工作，在項目開展前作地形測繪等。還有就是礦山、油田、城市和鄉村的建設，都需要航空攝影。隨著我國旅游業等其他行業的迅速發展，無人機航拍技術在測量和測繪工作中所具有的巨大優勢，將會發揮出更大的作用，從而推動各個行業工作的順利進行。

4 結束語

在目前我國社會各個領域都在快速發展的情況下，需要先進科學技術的支撐。使用無人機航拍技術不僅可以使傳統的手工測量測繪工作變得更加簡單，還可以幫助工作人員更快、更準確地獲得數據，為后續工作減少了各種核對數據的環節，極大地縮小了測量數據與實際數據的差異，節約了時間和人力。綜上所述，將無人駕駛飛機拍攝技術用于地質工程勘測，可以以較小的投資，保證精確的成果，達到社會和經濟的雙贏。