無(wú)人機(jī)航測(cè)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用研究

高飛

【摘要】近年來(lái)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)比較適用于小范圍的作業(yè)、能夠獲取到非常高的影像分辨率、不會(huì)被空域所限制、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)成本比較低，其在工程測(cè)繪中被廣泛使用。論文主要對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期為相關(guān)工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī)航測(cè);工程測(cè)繪;應(yīng)用研究

我國(guó)測(cè)繪技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已取得豐碩發(fā)展成果，尤其以航空遙感為代表的一系列大飛機(jī)、衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用，極大地推動(dòng)了工程建設(shè)、應(yīng)急測(cè)繪等工作順利進(jìn)行。其中，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)比其它航測(cè)技術(shù)具有高精度、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)還存在一些影像畸變、影像傾斜角等問(wèn)題，所以在應(yīng)用時(shí)需要測(cè)繪人員結(jié)合測(cè)繪對(duì)象，在充分把握各項(xiàng)航測(cè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，從中選擇最優(yōu)航測(cè)技術(shù)，提高工作質(zhì)量和效率。

1、無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

1.1無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

首先在優(yōu)點(diǎn)方面，航測(cè)技術(shù)成本低，無(wú)人機(jī)進(jìn)行相關(guān)區(qū)域地理信息的測(cè)定時(shí)，全部測(cè)定工作由無(wú)人機(jī)來(lái)進(jìn)行，無(wú)需駕駛?cè)藛T駕駛即可直接快捷地開(kāi)展各項(xiàng)工作，不用額外花費(fèi)資金在飛行器上安裝安全裝備和駕駛儀，無(wú)人機(jī)整體生產(chǎn)使用資金少，搭載裝備少，整個(gè)機(jī)型也比較小，占地面積不大。無(wú)人機(jī)也可以直接進(jìn)行拆卸與折疊，此類飛行器大量運(yùn)輸時(shí)按照機(jī)型說(shuō)明直接進(jìn)行折疊運(yùn)輸，運(yùn)輸花費(fèi)也相對(duì)較少。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有靈活迅速的優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用期間如果需要測(cè)繪數(shù)據(jù)對(duì)象為自然災(zāi)害事件時(shí)，可以及時(shí)獲取災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)最新遙感數(shù)據(jù)信息。發(fā)生災(zāi)害后事故現(xiàn)場(chǎng)情況通常較為復(fù)雜，大部分情況下有人機(jī)或者搜救人員無(wú)法及時(shí)進(jìn)入相應(yīng)區(qū)域，導(dǎo)致災(zāi)后信息獲取延遲，事故處理小組無(wú)法及時(shí)且科學(xué)部署救災(zāi)計(jì)劃。但是通過(guò)無(wú)人機(jī)可以在較小干擾影響下直接飛入災(zāi)區(qū)獲得事故發(fā)生后第一手信息，航測(cè)飛機(jī)飛行準(zhǔn)備時(shí)間短，勘測(cè)時(shí)反應(yīng)非常靈敏，上升速度很快，非常適合用于災(zāi)后救援。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)還具有飛行高度較低的優(yōu)勢(shì)，航測(cè)時(shí)飛行高度越高，獲得數(shù)據(jù)誤差越大，會(huì)和實(shí)際數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異，所以無(wú)人機(jī)可以有效改善常規(guī)航測(cè)影像精度差的問(wèn)題，通過(guò)低高度飛行可以得到高精度比例尺的影像圖，尤其對(duì)局部信息獲取有極高成功率。無(wú)人機(jī)低空航測(cè)時(shí)大部分測(cè)繪飛行都是在云層之下，所以多云天氣不會(huì)對(duì)測(cè)繪結(jié)果產(chǎn)生不良影響。

1.2無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)

在缺點(diǎn)方面，無(wú)人機(jī)航測(cè)存在安全問(wèn)題，即航測(cè)時(shí)無(wú)人機(jī)缺乏安全防護(hù)措施，容易出現(xiàn)故障問(wèn)題影響測(cè)繪工作質(zhì)量，并且故障發(fā)生后沒(méi)有相配套的應(yīng)急對(duì)策，如果一直在故障狀態(tài)下測(cè)繪，數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證。同時(shí)還具有穩(wěn)定性差等問(wèn)題，無(wú)人機(jī)由于不需要駕駛員來(lái)駕駛，所以設(shè)備整體結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，質(zhì)量較輕，外形小巧，在飛行航測(cè)時(shí)遇到強(qiáng)氣流，容易發(fā)生機(jī)身偏離既定軌道問(wèn)題，由此獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量也會(huì)受到嚴(yán)重影響。目前用于航測(cè)的很多類型無(wú)人機(jī)具備航線自動(dòng)調(diào)整功能，但是飛機(jī)部分角度偏移屬于無(wú)規(guī)律可循的問(wèn)題，自動(dòng)調(diào)整功能在一些情況下無(wú)法進(jìn)行合理調(diào)整。

2、無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的組成

無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的飛行平臺(tái)是無(wú)人駕駛器，通過(guò)負(fù)載數(shù)碼相機(jī)來(lái)展開(kāi)拍攝，通過(guò)相關(guān)的航測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，關(guān)鍵的組成部分有：地面信息處理和接受設(shè)備、遙控設(shè)備、通信設(shè)備、影像獲取設(shè)備、飛行控制系統(tǒng)以及無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)等。從基本構(gòu)成來(lái)看，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)由地面配套設(shè)備以及無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)構(gòu)成，地面配套設(shè)備由數(shù)據(jù)處設(shè)備、信息接受設(shè)備以及地面遙控設(shè)備構(gòu)成，無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)由影像獲取設(shè)備和飛行控制系統(tǒng)構(gòu)成。從無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)來(lái)看，其是傳感器和導(dǎo)航器設(shè)備的主要載體，通常要求其載重要高于 2kg，續(xù)航時(shí)間至少為1.5h，巡航速度需要控制在60～160km/h，搭載設(shè)備相應(yīng)任務(wù)倉(cāng)的體積需要超過(guò)12500cm 3 ，抗風(fēng)能力至少要控制在4級(jí)以上，機(jī)身翼展和長(zhǎng)度要控制在 2～3m，起飛的方式有2種：彈射架起飛和跑道起飛;回收方式也有2種：降落傘降落和跑道降落從飛行控制系統(tǒng)來(lái)看，其主要包括傳速傳感器、氣壓傳感器、空速傳感器、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS 接收機(jī)以及飛行控制面板等，同時(shí)操作員能夠利用自主飛行、控制程序以及人工控制3種模式來(lái)進(jìn)行航空作業(yè)。從地面遙控系統(tǒng)來(lái)看，其主要包括無(wú)線電收發(fā)裝置、地面遙控平臺(tái)、地面控制中心計(jì)算機(jī)等，能夠在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)輔助下，對(duì)飛行平臺(tái)的電源能耗、距離、方位、航向、航跡、空速、高度以及飛行姿態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)而在地面無(wú)線電遙控系統(tǒng)的輔助下，將控制指令和數(shù)據(jù)發(fā)送給飛控系統(tǒng)，使得無(wú)人機(jī)能夠在地面操作人員的指揮下，能夠完成飛行。從影像獲取設(shè)備來(lái)看，其主要使用的是面陣CCD 數(shù)字相機(jī)，按照相機(jī)所具備的幾何成像模型，對(duì)相機(jī)進(jìn)行校檢，進(jìn)而獲取到相機(jī)自身的內(nèi)外參數(shù)。在必要情況下，需要通過(guò)特殊手段對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)每一個(gè)像元自身的畸變量進(jìn)行測(cè)定，目前，主要應(yīng)用的相機(jī)是EOS 450D和5DMarkⅡ。從通信設(shè)備來(lái)看，其主要是由地面和空中2個(gè)部分所構(gòu)成，比如，數(shù)據(jù)傳輸、天線以及電臺(tái)等，使得飛行控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控站之間能夠完成控制指令和數(shù)據(jù)傳輸，并且無(wú)人機(jī)和地面監(jiān)控站的相對(duì)距離至少要是 10km。

3、無(wú)人機(jī)航測(cè)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1無(wú)人機(jī)像控測(cè)量和影像快速拼接

和傳統(tǒng)航測(cè)不同，無(wú)人機(jī)在像控測(cè)量時(shí)，獲取到的影像數(shù)量比較多，且像幅較小，多數(shù)都是應(yīng)急測(cè)繪，不太適合于通過(guò)沖印相片來(lái)對(duì)像控進(jìn)行測(cè)量。與此同時(shí)，測(cè)量區(qū)域范圍之內(nèi)所包含的特征點(diǎn)一般比較多，故而在航飛之后，在進(jìn)行像控測(cè)量時(shí)，獲取到的像控點(diǎn)一般都在測(cè)區(qū)內(nèi)部均勻分布，在色彩鮮艷的對(duì)比度上，比較明顯，同時(shí)在影像方面具有較高的辨識(shí)度。當(dāng)獲取到影像后，快速地檢查其質(zhì)量，一旦和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)符合并在畸變預(yù)處理之后，按照每一張影像本身所對(duì)應(yīng)的相關(guān) POS數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)測(cè)區(qū)影像進(jìn)行快速的拼接。

3.2空中三角測(cè)量

通過(guò)無(wú)人機(jī)處理軟件來(lái)進(jìn)行空三加密的計(jì)算，該軟件在自動(dòng)化程度上比較高，通常處理過(guò)程只需要控制點(diǎn)文件、相機(jī)參數(shù)文件、POS 數(shù)據(jù)以及原始影像的準(zhǔn)備。因?yàn)楹骄€是呈 T 型形狀的，故而為了處理的方便性，通常的構(gòu)建航線是東航線和西航線，之后再通過(guò) POS 數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的航帶創(chuàng)建，對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)的匹配以及提取，并自動(dòng)地對(duì)粗點(diǎn)和差點(diǎn)進(jìn)行挑取，檢查好測(cè)區(qū)內(nèi)部連接點(diǎn)的分布是否足夠均勻，對(duì)部分連接點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)增加，從而確保航線和模型之間的連接強(qiáng)度滿足要求。同時(shí)需要注意的是，在加點(diǎn)過(guò)程中，要確保與影像邊緣的距離要足夠大，防止相片邊緣發(fā)生比較大的變形。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用在工程測(cè)繪當(dāng)中，可以顯著增強(qiáng)測(cè)繪精度，縮短周期，提高效率，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)的顯著缺點(diǎn)，提高了航測(cè)的精確性，與此同時(shí)，還降低消耗成本，優(yōu)勢(shì)較為顯著。然而需要注意的是，要想使得工程測(cè)繪的精確度和準(zhǔn)確性顯著提高，還需要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的完善，使得其能夠最大限度地滿足工程在勘測(cè)過(guò)程中的需要，從而提高工程的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹長(zhǎng)軍.無(wú)人機(jī)航測(cè)在小范圍工程測(cè)繪中的應(yīng)用探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（12）：517.

[2]魏浩.無(wú)人機(jī)航測(cè)在小范圍工程測(cè)繪中的應(yīng)用探微[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（9）：488.