無人機遙感技術在工程測量中的運用

夏 國

中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司 上海 200063

1 無人機遙感技術概述

無人機遙感技術集無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通信技術、POS定位定資技術、GPS差分定位技術和遙感技術于一身，具有自動化、智能化、專業化等顯著特點，廣泛應用于國土、氣象、資源、環境、應急搶險等領域。

隨著無人機硬件設備及遙感通信技術的快速發展，設備體積小型化，飛控系統成熟、遙測距離量程擴大，影像采集分辨率提高、數據后處理一體化，對工程測量來說能夠極大的提升工作效率。相對傳統工程測量，其具有成本低，成圖效率高、時效性強、精度可靠、可觀性強等顯著優勢，且其數據獲取與處理一體化生產作業流程，能夠滿足工程測量工期緊，任務重、人力資源缺乏等要求。

而無人機遙感由于其自身質量小，且處于低空環境下運行，受氣流影響大，使得其空間姿態穩定性差，航帶排列不整齊、旋偏角大、影像畸變大等不良特點，需通過數據后處理軟件按照嚴密的影像匹配運算和畸變糾正才能獲取滿足規范要求的數據產品。

2 工程測量應用與實踐

2.1 作業流程

作業流程如圖1所示，包括前期準備、像控測量、外業航飛、數據處理、成果提交等五個環節。

圖1 無人機遙感測量技術流程圖

在前期準備階段需要根據任務需求確定無人機航測比例尺及航飛高度及航線設計、像控點布測設計等工作。

2.2 正射影像圖的獲取

正射影像的獲取是工程測量應用中最常見的需求，傳統工程測量中應用無人機遙感技術可以快速獲取大面積高清晰高分辨率的區域影像，并通過PIX4D等專業軟件結合像控點快速生成滿足成圖精度要求的正射影像用于工程應用。尤其是在應急測繪方面，能夠在困難、復雜地形的區域快速獲取災害區域影像，為災害評估和救援提供科學決策依據。

2.3 三維真實模型建立

通過無人機遙感技術結合航線設計方案，可以快速獲取大范圍的三維影像數據，通過CC等專業軟件結合已有像控點，生成具有真實地理坐標的三維真實模型，包括DEM、DOM、DSM等數字產品，為工程三維設計及三維運維等提供最直接的三維基礎數據。

2.4 困難地區大比例尺地形測繪

無人機遙感技術可以結合不同傳感器，對地面進行影像、地面點高程的直接測量。通過無人機加載微型Lidar和非量測相機，獲取地面點云數據及時效性強的清晰影像，后期利用點云分類技術及影像空中三角測量，高效完成大區域正射影像制作及DEM生產。尤其在山區林木密集，作業條件困難等地區，無人機遙感技術的高機動、靈活、高效等顯著特點對提升工程測量作業效率具有極大意義。

3 應用注意事項

3.1 航線設計

由于無人機遙感技術數據采集的平臺為質量輕小的無人機，低空飛行過程中其姿態不穩定，且非量測相機畸變大等問題，為保證其飛行安全及內業處理時空中三角測量及平差順利通過，在滿足地面分辨率要求的前提下，通過航高合理設計，提高航線之間的航向重疊度和旁向重疊度。

3.2 天氣信息

在工程測量中采用無人機遙感技術，因注意飛行區域的天氣變化情況，對于輕小型無人機在風力達到4級以上應停止作業。

同時在采集影像資料作業過程中，應避免陰影較大的時間段進行作業，如避免早上8點至9點太陽高度角小時作業。最好的作業天氣應該是無風且天氣晴朗或陰天。在陰天作業時，應控制好相機的ISO值和光圈大小值。

3.3 像控點布測

根據不同無人機遙感平臺及作業區域大小和任務要求，可以采用不同的像控點布測方式。

像控點的標記方式可以通過油漆在硬質路面上采用L或者十字型進行繪制，繪制的寬度及長度根據任務成圖比例尺要求的地面分辨率十至二十倍進行。

當無人機遙感平臺具備事后差分或實時差分GNSS時，可以減少外業像控點布測，只需少量邊角區域的像控點進行平高點控制。

當采用無人機自身導航位置信息進行空間姿態位置定位時，應加強像控點布測方案設計，按照規范滿足相應工程測量技術要求。

若在工程測量中只為獲取區域影像快拼成圖，進行相關簡易評估可以不做像控點。

3.4 數據處理

針對不同無人機遙感平臺獲取的海量數據，應事先進行預處理，包括航測資料、影像資料、像控點資料等準備，通過PIX4D或CC等軟件進行影像匹配和空中三角測量，在處理過程中應注意POS數據與像控點數據坐標系統應保持一致。

對野外像控點位置外業人員應做好點之計，通過相片結合空間位置信息，讓內業人員能夠快速判斷點位位置。

結語：本文從無人機遙感技術的基本內涵出發，闡述了無人機遙感的優缺點，無人機遙感技術以其成本低，成圖效率高、時效性強、精度可靠、可觀性強等顯著優勢，結合其數據獲取與處理一體化生產作業流程，能夠滿足工程測量工期緊，任務重、人力資源缺乏等要求。在工程測量中能夠廣泛應用于正射影像圖的獲取、三維真實模型建立、困難地區大比例尺地形測繪等領域，提高工作效率，減少人力資源成本的投入。同時對于其應用過程中應在航線設計、天氣信息、像控點布測、數據處理等方面進行了經驗總結，對于今后工程測量中無人機遙感技術的應用提供技術參考。