無人機遙感技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用研究

［關(guān)鍵詞］無人機遙感技術(shù)；測繪工程；質(zhì)量控制

近些年來，我國現(xiàn)代科技發(fā)展速度逐漸加快，使得各種先進(jìn)的測繪技術(shù)開始應(yīng)用在各個領(lǐng)域，但從實際情況來看，在當(dāng)前的測繪工程中對于無人機遙感技術(shù)的使用依然面臨不利因素，有必要對其展開更為深層次的探究。

1. 研究背景

測繪工程是開展各種大型工程建設(shè)的基礎(chǔ)，需要工作人員在此基礎(chǔ)上展開設(shè)計、規(guī)劃以及決策工作，而進(jìn)入工程建設(shè)階段同樣需要進(jìn)行測量以及測繪，進(jìn)而保障工程施工能夠嚴(yán)格依照方案要求，在完成工程建設(shè)之后還應(yīng)當(dāng)竣工測量，進(jìn)而從根本上為工程的質(zhì)量提供保障。以無人機遙感技術(shù)為代表的現(xiàn)代測繪技術(shù)創(chuàng)新，測繪工程在現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展的時代背景下逐漸朝著智能化和自動化的方向發(fā)展，基于無人機遙感技術(shù)的工程測繪流程如圖1所示：

2. 無人機遙感技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用要點

2.1合理規(guī)劃航線

為了能夠最大限度發(fā)揮無人機遙感技術(shù)作用，應(yīng)當(dāng)針對航線展開合理的規(guī)劃工作，進(jìn)一步明確工程測繪所在地的邊界和地形條件。若是其所在地區(qū)有著較為復(fù)雜的特點便應(yīng)當(dāng)妥善開展邊界校核工作，進(jìn)而為航線規(guī)劃的高質(zhì)量完成創(chuàng)造條件。工程測繪過程中需要針對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集范圍進(jìn)行拓寬，此舉能夠高效應(yīng)對影像變量過大的現(xiàn)象，進(jìn)而從根本上促進(jìn)數(shù)據(jù)整理成效的提高。例如，在測繪時，需要先對區(qū)域的中心位置進(jìn)行確定，并將邊界和中心點距離看作航測半徑，對其擴大10%～30%，這樣便可以盡可能促進(jìn)測繪精確度的提升。由于工程測繪地區(qū)往往復(fù)雜，所以航測時應(yīng)當(dāng)事先安排好航線，妥善完整記錄[1]。

2.2 科學(xué)布設(shè)像控點

通常情況下，可以通過對于GPS以及RTK等技術(shù)的輔助應(yīng)用開展像控點的布設(shè)工作，應(yīng)當(dāng)對于像控點基準(zhǔn)點校核，這樣便能夠為定位精確創(chuàng)造條件。與此同時，像控點的布設(shè)位置應(yīng)當(dāng)能夠方便引測和測量工作，并且具有不容易被破壞的特點，這樣便能夠提升合理性，為測繪高效開展奠定基礎(chǔ)。除此以外，應(yīng)當(dāng)全面了解工程測繪區(qū)域當(dāng)前情況，進(jìn)而實現(xiàn)對于像控點數(shù)量的合理把控，一般來說，小范圍區(qū)域內(nèi)只需要進(jìn)行4個像控點的布控，應(yīng)當(dāng)根據(jù)范圍適當(dāng)增加和減少。工作人員應(yīng)當(dāng)強化對于信息技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)而構(gòu)建三維模型，實現(xiàn)對于基準(zhǔn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確錄入。

2.3 精確設(shè)定航測參數(shù)

在合理規(guī)劃航線以及科學(xué)布設(shè)像控點的同時，測繪人員還應(yīng)當(dāng)對航測參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)定，針對同向飛行的無人機而言，應(yīng)當(dāng)合理把控同向重合率，確保能夠在60%以上，而對于旁向飛行的無人機來說，則應(yīng)當(dāng)保障旁向重合率大于30%。在正式進(jìn)入航測階段之后需要加大力度實施對于航測速度以及高度等參數(shù)的管控，例如，當(dāng)其在傾斜方向上進(jìn)行測量時需要保障無人機的飛行高度在180 m以上，與此同時還應(yīng)當(dāng)確保其始終處在勻速飛行的狀態(tài)，維持在6～8 m/s范圍之內(nèi)，保障同向重合率始終在80%以上，與此同時，其旁向重合率不得低于50%。在正方向測量時，無人機飛行高度需要控制在80 m以上，精確把控勻速飛行，同向以及旁向重合率分別應(yīng)當(dāng)在85% 以及40%以上[2]。

2.4 高效落實內(nèi)業(yè)處理

在內(nèi)業(yè)處理階段，需要全面開展對于數(shù)據(jù)的檢查工作，保障具有較高的重復(fù)性、精準(zhǔn)性以及完整性，剔除那些重復(fù)或者是錯誤的數(shù)據(jù)，面臨數(shù)據(jù)不完整的情況，應(yīng)當(dāng)合理采用補測的形式進(jìn)行補充，進(jìn)而保障數(shù)據(jù)能夠符合要求，接下來便可以在計算機軟件中對其錄入。結(jié)合當(dāng)前的實際情況來看，在應(yīng)用無人機遙感測繪軟件階段基本上會使用CASS、CAD以及ArcGIS作為處理軟件，由于使用無人機遙感測試技術(shù)開展的數(shù)據(jù)采集工作在內(nèi)容方面比較廣泛，還包括影像以及圖片，所以通常會通過數(shù)字化軟件的應(yīng)用來實現(xiàn)數(shù)字化坐標(biāo)的提取。

3. 以礦山測量為例分析無人機遙感技術(shù)在測繪工程中的實踐應(yīng)用

3.1 應(yīng)用概況

結(jié)合當(dāng)前我國無人機遙感技術(shù)在測繪工程應(yīng)用情況來看，礦山測量是至關(guān)重要的組成部分。當(dāng)前我國注重開展對于各種礦產(chǎn)資源的開發(fā)，在生產(chǎn)力不斷提升以及經(jīng)濟迅速發(fā)展的時代背景下，社會對于礦產(chǎn)資源有著越來越多的要求。而礦山的開采成效直接關(guān)系到資源利用效率，所以應(yīng)當(dāng)強化落實礦山測繪工作。應(yīng)當(dāng)形成前瞻性思維，強化對于無人機遙感技術(shù)等現(xiàn)代測繪技術(shù)的合理應(yīng)用，以便為礦產(chǎn)資源利用效率提升創(chuàng)造條件，此舉能夠有效降低礦山開采帶來的環(huán)境污染。由于礦山建設(shè)的地點大多面臨相對惡劣的環(huán)境，與此同時，其地勢復(fù)雜，如果一味沿用固有的方式展開測量會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時還會嚴(yán)重威脅測量人員安全。而在無人機遙感技術(shù)的協(xié)助下，則可以幫助克服惡劣條件對測繪工作的阻礙，高質(zhì)量完成信息收集工作，進(jìn)而保障礦產(chǎn)資源能夠得到高質(zhì)量的開發(fā)和應(yīng)用。應(yīng)用無人機遙感技術(shù)開展數(shù)據(jù)測量工作即便是在偏遠(yuǎn)地區(qū)也能夠發(fā)揮優(yōu)勢，從多角度著手得到全面詳細(xì)的視覺信息，為對開發(fā)規(guī)劃方案進(jìn)行制定提供參考，此外，在礦產(chǎn)資源開發(fā)階段應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依照可持續(xù)和綠色的原則，加強環(huán)保工作，高質(zhì)量監(jiān)督減少亂挖亂采現(xiàn)象[3]。

3.2 案例分析——安徽省某鋁土礦山測繪工程

3.2.1測繪要求

從鋁土礦礦床特征來看，礦體基本上出露地表，并呈現(xiàn)出分散分布的形式。與此同時，還有著突出的礦土共存以及露天堆積等特點。針對測繪工程而言，在礦區(qū)實現(xiàn)了較大范圍的覆蓋，作業(yè)的面積相對較大，以往大多會通過傳統(tǒng)測量方法，在礦區(qū)建立測量控制網(wǎng)，得到礦區(qū)各種基礎(chǔ)資料。在全部的資料當(dāng)中，數(shù)字高程模型以及地形圖是至關(guān)重要的，若是依然沿用固有的測量方法勢必會增加數(shù)據(jù)獲取的難度以及時長。除此以外，得到的數(shù)據(jù)難以做到第一時間對礦區(qū)當(dāng)前實際全方位反映。但低空無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用能夠更加方便迅速地明確區(qū)域地形圖和數(shù)字高程模型。

3.2.2無人機遙感技術(shù)的組成

在本礦區(qū)的測繪工程中主要采用低空無人機，其組成主要包括軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)，無人機的應(yīng)用質(zhì)量需要綜合考慮荷載、起降方式以及飛行高度全面評定。性能會對無人機采集數(shù)據(jù)的實效性產(chǎn)生重要影響。對于無人機系統(tǒng)而言，飛行平臺涉及推進(jìn)設(shè)備、導(dǎo)航器以及機體等。飛機的總重量需要控制在2 kg以上，與此同時還要加大對于飛行速度的控制力度，使其能夠維持在60-160 km/h范圍之內(nèi)，續(xù)航需要在1.3 h以上，能夠高效抵御4級的風(fēng)，同時還要搭載平臺作為支持。飛行控制系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)速傳感器、GPS接收機以及IMU/GPS系統(tǒng)等，主要作用便是為無人機的高效運轉(zhuǎn)提供支持，飛機控制系統(tǒng)能夠從根本上保障飛機飛行的穩(wěn)定性。遙感設(shè)備主要是指飛機傳感器系統(tǒng)。當(dāng)前傳感器包括紅外掃描儀以及多光譜成像儀，在飛行前，需要對于傳感器詳細(xì)檢查，實施校正工作[4]。

3.2.3無人機影像數(shù)據(jù)的獲取

（1）飛行質(zhì)量控制

在當(dāng)前低空無人機快速發(fā)展以及數(shù)碼相機持續(xù)優(yōu)化的過程中，測繪工程領(lǐng)域開始意識到低空無人機應(yīng)用優(yōu)勢，但若是其面對高空中氣流不穩(wěn)定的現(xiàn)象，那么相對于大飛機來說，無人機在獲取影像的過程中便有可能會出現(xiàn)機身傾覆以及偏離航線的問題。無人機飛行情況會對數(shù)據(jù)的質(zhì)量產(chǎn)生決定性作用，所以為了進(jìn)一步展現(xiàn)無人機遙感技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用效果，關(guān)鍵在于強化無人機飛行質(zhì)量的控制。相片整體應(yīng)當(dāng)較為清楚，不存在云彩遮擋的現(xiàn)象，旋偏角應(yīng)當(dāng)控制在15°以內(nèi)，針對整條航帶而言，航線的彎曲度需要始終處在1.5%以下。從成圖比例尺出發(fā)，測區(qū)范圍內(nèi)實際飛行的航線高度同設(shè)計要求偏差應(yīng)當(dāng)控制在50 m以下，相對高差應(yīng)當(dāng)小于20 m。

（2）相機檢校文件

從實際情況來看，針對低空無人機遙感數(shù)據(jù)處理工作相對簡單，相機是比較關(guān)鍵的傳感器之一，針對相機參數(shù)展開檢校工作能夠在像點建模的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對于成像幾何參數(shù)的計算，構(gòu)建目標(biāo)地物同影像對應(yīng)關(guān)系[5]。由此可見，開展相機檢校工作目的是完整、合理地展現(xiàn)影像中的光束，明確得出影像的畸變系數(shù)以及內(nèi)方位元素。與無人機低空攝影測量相比，相機的畸變會導(dǎo)致其測攝的最終結(jié)果出現(xiàn)變化，可以通過對于內(nèi)方位元素的應(yīng)用有效規(guī)避共線方程的干擾，在此過程中應(yīng)當(dāng)先對干擾因素進(jìn)行確定。光學(xué)及變差主要由兩種類型構(gòu)成，分別為徑向畸變差以及離心畸變差。徑向畸變差主要指的是在徑向方向上構(gòu)像點同其預(yù)先的位置偏離，其徑向畸與主點偏移相比存在正負(fù)差別。當(dāng)鏡頭的中心未能做到同幾何中心重合時便會產(chǎn)生離心畸變。在無人機遙感測量過程中，結(jié)果并不會受到放射畸變以及偏心畸變的影響，所以通常情況下會將重點放在徑向畸變差方面，如下所示：

該公式中的k1、k2、k3指的是徑向畸變差系數(shù)，一般情況下只會對k1進(jìn)行考慮。（x，y）代表像點坐標(biāo)，R指的是像點直徑。

綜上所述，靈活使用無人機遙感技術(shù)能夠有效突破以往測繪工程在時間和空間方面的限制。因此，應(yīng)當(dāng)加強對無人機遙感技術(shù)的重視，更新升級，提升測繪結(jié)果的有效性。