無人機航測技術的應用與實踐分析

徐先燕 顧金領

江蘇煤炭地質物測隊

1 無人機航測系統的概述

無人機最早是美國用于軍事，而現在中國在無人機研究領域是發展最快最好的。無人機航測系統是結合先進的無人機技術、通信技術、攝影測量技術等技術，通過拍攝進行所需信息的提取，然后對數據信息進行實時處理分析的系統。如圖1所示，無人機航測系統主要由無人機飛行平臺、飛行控制系統、影像獲取設備、通信設備、遙控設備和地面信息接收與處理設備組成。其中，飛行控制系統主要包括：穩定飛行姿態的垂直陀螺，獲取飛行平臺位置信息的GPS接收天線以及控制飛機自主飛行的微處理器。地面配套設備主要包括：實時影像的接收與顯示的數據接收終端，數碼相機獲取的地面高清影像的數據處理終端以及控制飛機起降、飛行和拍攝的遙控設備。

圖1 無人機航測系統

使用無人機進行空中測量是一個比較先進的新技術，可以在很大程度上提高地形測量的準確度，大大節約了測量時間，具有很高的工作效率。但是目前無人機的航測技術仍然存在一些問題，比如在航空攝影過程中，如何提高拍攝像素和攝影技巧，圖像不夠清晰也是航空攝影的常見問題，因此，對無人機航測技術的研究仍需不斷進行，對不同的地勢地形以及測量的不同要求，進行測量儀器設備的不同選擇，采取對應的措施，不斷完善測量過程，總結分析經驗，提升無人機航測的技術水平。

2 無人機航測技術優勢

2.1 無人機效率較高

無人機航測在實際的運行過程中，主要是在低空飛行，受到氣候條件的影響較小。并且對起飛和降落的場地沒有太大的要求，只要是較為平整的場地就可以。同時，無人機航測中由于沒有駕駛員的操作，所以不用擔心人員的安全問題；升空的準備時間是很短的，一般只要15min就可以了，操作也更為簡單；由于受到空域影響的范圍較小，使得其可以達到人工測量無法達到的地方，提高了測量的效率，擴大了測量的范圍。詳細來說，一般的無人機航測技術運用，能夠滿足2100km2的范圍，在此前提下一旦發生了突發性情況時，能夠為其快速的提供強有力的技術支持。

2.2 無人機測繪范圍較大

無人機基于自身飛行的特點，能夠在高空對地面進行多角度、多距離的大范圍拍攝，能夠在人工難以達到的角度上進行作業，而且基于靈活性的角度上，無人機也適應小范圍、低空的環境，在此前提下得出的數據具有層次性，可以更好的幫助工作人員對數據進行分析工作。無人機在大范圍的特點下，還兼顧了數據的準確性、實時性，準確性基于無人機自身的移動與攝像機的高清拍攝，實時性主要基于攝像機的數據傳遞與3D仿真模擬技術的三維立體圖分析，根據統計無人機航拍的圖像分辨率，在當前技術下最低可達1～5dm，具有極高的清晰度。

2.3 無人機工作周期性較強

無人機作為機械設備而言，在日常維護以及休息的情況下，能夠保證長時間的使用，與人工作業相比較，顯然在周期性上具有巨大的優勢，因此，強大的周期性所帶來的就是高效的工作效率。無人機的運作，并非只依靠無人機與人工操作完成，其工作背后還有一系列的強大系統作為支持，在系統技術的發揮下，能夠最大限度的提高測繪工作的綜合性，因此保證了無人機測繪技術的周期性。

3 無人機航測技術應用

3.1 無人機航測技術低空作業應用

傳統的航測技術運用，為保障數據的多層次性，同時也受限于地形、環境等方面的因素，常常在測繪工作中需要處于較低位置的空中進行拍攝。而無人機航測技術，在低空作業當中如圖1所示，不會受到此類限制，對于環境的條件極低，更加不會受限于地形問題。此外基于安全性的角度上，無人機完全沒有必要考慮此點，只要保證操作人員的操作水平過關，既可很好的完成工作。

3.2 無人機航測技術低空航拍系統應用

為了保證測繪技術的圖像信息清晰，無人機的攝像機往往都被要求為高像素數碼相機，在低空航測系統當中更需要注重此點。高像素的數碼相機就意味著高清晰度的圖像信息，再配合與相關計算機軟件技術的應用，能夠很好的加強拍攝圖像的清晰圖，幫助測繪工作的準確性分析。

3.3 無人機航測技術封閉空間應用

基于測繪技術的要求，無人機常常會進入山洞等封閉環境下進行作業，在此環境下，對于無人機裝載的攝像機就有較高的要求，而基于成本的角度上，功能性強大的攝像機自然會造成較高的成本，因此通常情況下，可以搭配攝像機燈照設施進行拍攝的工作。封閉的環境中，往往會存在一定的危險性，例如有害氣體等，但這對于無人機而言沒有任何影響，因此無人機的應用可以保證暢通無阻。

4 無人機航測技術的可行性分析

隨著人們生活水平的逐步提高，對生活方式與環境等要求也隨之逐步提高。對建筑施工來說，項目施工管理工作往往能直接影響到建設成果質量的高低。在如何實現工程建設的高水平方面，無人航測技術容易對施工現場的長期、定期大范圍航拍，結合對擁有高分辨率的遙感影像的數據處理與分析，實現了一種全新的工程建設管理技術。

結合操作流程及工作效果，對無人機航測在建筑施工上的管理應用進行可行性分析，發現：①通過無人機航拍，能直接全面掌握施工的進行進度。②通過定期航拍的安全管理與監測，能根據影像采取防患措施與搶險急救。③運用無人機機動靈活等特性進行大范圍監測施工現場環境變化，監督水保等措施的執行情況。

顯然，無人機航測在建筑施工管理應用方面應用多樣化，因其成本低，具有極強的應用實踐性。除此之外，無人機航測技術的高精度、機動靈活等優良特征更使得無人機航測在需要高精度與高分辨率等圖件和數據的土地整治項目中得到了廣泛的應用。

在可行性研究階段，無人機航測技術的應用能夠高效實現DLG、DOM等成果的獲取，并通過獲取的成果科學合理地構建項目的三維立體模型，在很大程度上滿足土地決策者、土地管理者等對項目的了解認知，從而做出科學合理的決策與報告編制。其后的規劃設計階段則是通過對無人機航測成果的利用來精密規劃項目內的重點工程，進行預算編制和工程布置圖等繪測工作。而這之后無人機就要通過分階段性的利用拍攝項目影像，運用疊加分析法對其分析從而科學合理判斷和掌握工程進度。

5 無人機航測技術的實踐分析

無人航測技術是一種新型的地形測量技術，它具有很多優點，在測量的過程中能夠很好的提高測量的準確性，保證應用較短的時間內測出準確的結果。無人機航測技術的主要步驟是像控點布設與相機檢校、航空攝影、正射星圖制作、可視模型制作，這些主要過程的正確進行對于測量結果的保證具有重要的作用。在我國現階段無人機航測技術的發展過程中，對于這一技術的主要內容操作過程中還有待進一步的完善與改進，只有將現有存在的問題進行解決才能提高我國地形測量的水平。像控點布設與相機檢校過程中存在的主要問題就是對于像控點的準確確定還有待進一步的加強，像控點是保證攝影角度最為主要的因素，只有將像控點進行校準才能提高測量結果的準確性。在航空攝影過程中主要存在的問題就是航空攝影的像素以及攝影技巧有待進一步的提升，目前航空攝影中所拍攝的影像不夠清晰，這對于地形測量結果的分析造成一定的困擾。在無人機航測進行地形測量過程中，可視模型制作也是一項十分重要的內容，可視模型制作應該使用更為適合的材料，體現出地形的外在特點，這有利于地形測量結果的準確分析，對于提高地形測量結果的可信度有著重要的意義。

在我國現階段的發展過程中，無人機航測技術是提高地形測量水平的關鍵內容，提高無人機航測技術能夠從基本上保證地形測量的結果準確性。地形測量結果的準確分析是我國施工工程中的重要內容，我國施工工程在現代化建設過程中具有積極的作用，只有首先將我國施工工程進行很好的完善，才能保證我國在未來的發展過程中有更好的發展潛力。無人機航測技術的提高不僅能夠使我國建設水平進行很好的加強，最主要的是能夠進一步的促進我國經濟水平的進一步發展，這在當代發展過程中具有重要的意義，是我國現代化建設過程中所必須進行重視的問題。

5.2 航空攝影

5.2.1 航線設計

分析測區地形，查清測區內的山、水面、高層建筑、軍事設施等情況；查清測區的形狀、大小；為航拍飛行規劃做準備，雨、霧情況，云系高度，光照強度、風力風向等。結合分辨率要求、相機的焦距、像幅、還有飛行區域的海拔等因素計算設計飛行航線。航線按東西向直線飛行，特定條件下，亦可根據地形走向與測繪需要，按南北向或沿線路、河流、海岸等方向飛行。

5.2.2 航測

在規定的航攝期限內，選擇地表植被及其它覆蓋物對成圖影響較小、云霧少、無揚塵(沙)、大氣透明度好的季節進行攝影，并根據地形條件的不同，嚴格按規范規定的太陽高度角要求選擇攝影時間。在無人機航拍過程后，將所得到的影像進行上傳，應用正射影像圖制作的相應軟件進行處理。經過對測量后得到的方位元素以及影像匹配進行前方交會，可以得到大量離散的三維點，利用這些三維離散點進行進一步的分析，通過人機交互的方式獲取相應信息，進而生成相應的正射影像。正射影像圖制作是影響地形測量的重要因素，只有保證正射影像圖準確有效才能進行后續的測量分析與數據處理階段，進而得到相應重要的數據，對施工工程的進行有著重要的影響意義。

5.3 高精度加密計算

無人機可以收集和處理相關信息數據，特別是對數碼照片通過照片校正，可以將畸形進行矯正，使框坐標殘差的絕對值為零，還可以建立測量區域，對相關信息數據進行處理，內定向采用邊框進行自動處理，在確定限差符合相關標準會得出數據，最后輸出。在整個過程中，還可以通過自檢校的平差方式消除大氣折光、地球曲率等因素造成的誤差，從而確保最大化地確保結果準確。

5.4 內業測圖和外業測繪

內業測圖是基于像控點，利用空中三角測量來計算測圖的控制點、平面坐標以及高程，遇到與實際情況不符合的地方還需要進行補測，對于被荒地、果園覆蓋的地區，還需要根據植被的高度進行繪圖數據的修正，確保測圖的準確性，特別是像電力線、電纜等獨立的物體，無論大小，更要進行準確測繪，利用相關軟件最后形成完整的格式地圖。外業測繪是需要在實際打印的地圖上進行，必須嚴格按照國家有關標準，對測量的結果進行修改調整，以充分保證測量的準確性，為了提高準確度，必須逐一標明通信線路、電纜、轉折點等，并指示線路的方向；對公路等級、寬度、類型也需標明其詳細情況，按實際位置對橋梁、涵洞等構筑物進行測繪。

結語

綜上所述，隨著我國科學技術的不斷進步發展，地形測量技術進步明顯，無人機航測技術就綜合了多種技術優勢，在地形測量方面具有操作簡單、精度高、成本低的優勢，在我國測量領域發揮了巨大的推動作用，也在一定程度上促進了我國經濟的進一步發展。因此，在今后的無人機航測技術的研究中，要更加深入研究，利用這種技術更快速、準確、高效地為相關部門提供地形測量的詳細數據信息，帶領我國的測量行業走向美好的明天。

[1]王少軍，江鈺.無人機航測技術及其在土地整治項目中的應用探討[J].科技創新與應用，2016(17)：299.