測繪工程測量中無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用

趙國波 武漢科島地理信息工程有限公司

在測繪工程中，合理運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)，能夠大幅提升相關(guān)人員的測量效率[1]。它不僅可以使工程單位對環(huán)境的探測更加清晰，還可以有效避免人工實(shí)地探測過程中可能會遇到的各種危險(xiǎn)。因此，在測繪工程中，相關(guān)的工作人員需要強(qiáng)化對這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，從而使工程探測效率得到提高。

一、無人機(jī)遙感技術(shù)

無人機(jī)遙感技術(shù)，如字面意思即是無人機(jī)、遙感傳感器與多種新興技術(shù)的組合。通過將遙感傳感器搭載在無人機(jī)上，再將無線通信、遙測遙控、GPS定位等技術(shù)與之相結(jié)合，可以有效地獲取相關(guān)工程所需的影像數(shù)據(jù)，并將這些影像數(shù)據(jù)同步傳輸出去[2]。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)人員能夠通過對數(shù)據(jù)的處理，完成工程建模分析工作。換句話說，通過將先進(jìn)儀器與遙感傳感器、GPS、駕駛飛行器等技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)智能獲取地理遙感信息的目標(biāo)，簡化工程測量工作。無人機(jī)雖然是一種飛行器，但并不需要載人，只需工作人員在地面用無線電對其進(jìn)行控制即可，也有部分無人機(jī)本身就攜帶有遠(yuǎn)程操控設(shè)備，可以自行根據(jù)預(yù)定的軌跡飛行。無人機(jī)并不需要駕駛員在飛機(jī)上對其進(jìn)行操控，所以相對載人飛機(jī)而言，其構(gòu)造比較簡單，并且建造成本也比較低廉。在危險(xiǎn)地段或其他不適宜人類進(jìn)行實(shí)地測量的地段，無人機(jī)能夠發(fā)揮巨大的作用。而將其與遙感技術(shù)相結(jié)合，能夠有效存儲處理信息，增加數(shù)據(jù)的真實(shí)性[3]。從其工作原理上來看：地面的控制站首先需要根據(jù)實(shí)際情況和測繪目標(biāo)選取合適的無人機(jī)，在其上搭載攝像機(jī)和傳感器，預(yù)先設(shè)定無人機(jī)的飛行航線，之后控制無人機(jī)的飛行姿態(tài)、飛行軌跡，使其自動化測量地面實(shí)物。由于這項(xiàng)技術(shù)具有機(jī)動迅捷、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，因而在測繪工程中受到了廣泛歡迎。

二、無人機(jī)遙感技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）操作便捷，安全性高

在測繪工作中運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)時(shí)，工作人員只需要在地面上遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)的飛行即可，使無人機(jī)飛行到需要測量的區(qū)域開展作業(yè)。如果要測量發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)，無人機(jī)能夠迅速進(jìn)入該區(qū)域收集信息，并可以配合相關(guān)搜救人員的工作展開救援行動。如果要測量人力不能到達(dá)的地區(qū)，比如測量地震或峽谷等地區(qū)，則也可以用無人機(jī)到達(dá)該區(qū)域進(jìn)行測繪。無人機(jī)可以避免人類生命健康受到威脅，對存在危險(xiǎn)的地區(qū)展開偵測探查，從總體上來看具有很高的安全性。此外，無人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部包含先進(jìn)的智能化和自動化系統(tǒng)，地面工作人員在對其進(jìn)行操控時(shí)，其可以自行分析工作人員的指令，并在分析完成后切實(shí)執(zhí)行指令。因此，無人機(jī)的操作比較方便快捷，運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)可以大幅提升測量工作效率。

（二）圖像清晰，數(shù)據(jù)處理迅速

工作人員運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)時(shí)，獲取的圖像通常比較清晰。這是因?yàn)樵跓o人機(jī)飛行的過程中，它能夠根據(jù)固定航道飛行，在拍攝影像時(shí)飛行幅度波動較小，有更大的偏角，從而使得獲取的圖像具有較強(qiáng)的立體感。同時(shí)，無人機(jī)內(nèi)部存儲空間較大，因而可以在較短的時(shí)間里拍攝很多影像。后期對收集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通常能夠獲得比較高質(zhì)的圖像。在無人機(jī)的飛行過程中，也可以智能調(diào)整攝像儀器，拍攝出更加清晰、效果更好的圖像。此外，無人機(jī)遙感技術(shù)處理數(shù)據(jù)信息也比傳統(tǒng)方式更加快速迅捷[4]。由于該技術(shù)的處理效率以及分辨率都比較高，并且可以選擇準(zhǔn)備處理的區(qū)域，因而使得數(shù)據(jù)處理更加精準(zhǔn)快速。較大的存儲空間也為多程序和多軟件的同時(shí)運(yùn)行提供了基礎(chǔ)，所以處理數(shù)據(jù)具有更高的效率。

（三）成本低，范圍廣

無論是構(gòu)建無人機(jī)，還是使用無人機(jī)，它需要的成本都比較低廉，這主要是兩方面的原因形成的。一是構(gòu)建無人機(jī)所使用的材料大多為炭纖維復(fù)合型材料，它具有高強(qiáng)度、重量輕的特點(diǎn)，能夠抗擊強(qiáng)大的沖擊力。雖然這種材料所需要的價(jià)格昂貴，但是由于它能夠被重復(fù)利用，使用中被損壞的幾率比較低，因而有效節(jié)約了成本。二是無人機(jī)無需載人，不需要飛機(jī)駕駛員乘坐飛機(jī)進(jìn)行操作，不需要額外聘請專業(yè)飛行員，能夠節(jié)省資金[5]。再加上無人機(jī)的操作比較簡單，只需對人員進(jìn)行適當(dāng)培訓(xùn)便可正確操控?zé)o人機(jī)，可以節(jié)省培訓(xùn)資金。此外，無人機(jī)可以根據(jù)實(shí)際情況的需要測量各種區(qū)域，能夠測量的范圍比較廣泛。如果需要檢測某個(gè)工程準(zhǔn)備建設(shè)的區(qū)域，工作人員就可以以單位需求為基礎(chǔ)，適當(dāng)調(diào)整測量范圍，調(diào)整無人機(jī)飛行高度，擴(kuò)大測量范圍，使得工程師能夠更準(zhǔn)確地從整體上分析區(qū)域環(huán)境；如果要提高測繪精準(zhǔn)度，則可以適當(dāng)降低無人機(jī)飛行高度，這樣能夠使獲得的圖像更加清晰精確。

（四）兼容性強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

由于無人機(jī)遙感技術(shù)內(nèi)部系統(tǒng)具有很大的存儲空間，因而為各種技術(shù)的兼容提供了條件。在需要運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行測量的地區(qū)，大多數(shù)環(huán)境惡劣、情況復(fù)雜，存在著各種可能會對飛行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的因素。在這樣的情況下，為了保證無人機(jī)飛行中能夠具有較好的穩(wěn)定性，保證測繪和圖像拍攝的精確度，其系統(tǒng)中通常需要配置各種遙感程序，并保證不同程序之間相互兼容。這樣的程序保證了無人機(jī)能夠在不同的工作環(huán)境中，合理應(yīng)對多種影響因素。當(dāng)測繪工作進(jìn)行中環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，無人機(jī)可以及時(shí)反饋相關(guān)數(shù)據(jù)信息，便于操作人員采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)整措施。同時(shí)，在系統(tǒng)內(nèi)部包含快速處理信息的程序，可以實(shí)時(shí)處理收集到的數(shù)據(jù)信息，使得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性被大幅提升。此外，即便是在惡劣環(huán)境里，由于具備低空測量的能力，無人機(jī)遙感技術(shù)仍然可以被有效運(yùn)用。低空測量可以有效獲取惡劣環(huán)境中的地表信息，工程單位即使不到實(shí)地測量，也可以收集到他們所需要的信息數(shù)據(jù)。

（五）飛行穩(wěn)定性待改進(jìn)

無人機(jī)雖然具有非常大的優(yōu)勢，但在實(shí)際運(yùn)用中仍然存在著需要改進(jìn)的地方。由碳纖維復(fù)合型材料構(gòu)建的無人機(jī)，具有很強(qiáng)的抗性且重量輕，低空測量中能夠很輕易地對飛行進(jìn)行調(diào)整[6]。然而當(dāng)處于高空中展開測量工作時(shí)，常常容易受到氣流和風(fēng)力的影響，產(chǎn)生顛簸現(xiàn)象。無人機(jī)飛行的高度越高，它所受到的風(fēng)力就越大，工作人員越難控制無人機(jī)的穩(wěn)定性。在無人機(jī)飛行不穩(wěn)定的情形下，其難以拍攝清晰度較高的圖像，獲取的信息精確性比較差。所以，有關(guān)部門需要進(jìn)一步研究無人機(jī)，使無人機(jī)在高空中的飛行也能保持穩(wěn)定，便于測繪人員獲取精準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)。

（六）傳感控制器待改進(jìn)

不同價(jià)格和技術(shù)構(gòu)建的無人機(jī)系統(tǒng)，會使用差異化的控制器和傳感器，形成的效果也會有所不同。如果無人機(jī)搭載的探測設(shè)備數(shù)量較多，它的重量也會隨之增加，對其進(jìn)行控制的效果也會受到影響。此外，由于受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制，目前傳感器系統(tǒng)在獲取數(shù)據(jù)信息時(shí)仍舊存在一些阻礙。在無人機(jī)飛行期間，控制器和傳感器會對拍攝收集的圖像產(chǎn)生影響，需要進(jìn)一步研究改進(jìn)相關(guān)儀器。

三、測繪工程中無人機(jī)遙感技術(shù)的具體運(yùn)用

（一）測量環(huán)境復(fù)雜惡劣地區(qū)

在測量地質(zhì)條件復(fù)雜或者環(huán)境惡劣的區(qū)域時(shí)，如果想要精準(zhǔn)了解該地區(qū)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，就可以運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)。在這些具有高度復(fù)雜性的測繪任務(wù)中，通過合理操控?zé)o人機(jī)，可以方便快捷地獲取所需數(shù)據(jù)。可以在無人機(jī)上搭載GPS儀器，將其與地圖相結(jié)合探測該地區(qū)各部分詳細(xì)情形。在設(shè)定無人機(jī)飛行路徑時(shí)，工作人員應(yīng)以地圖標(biāo)記為依據(jù)，重點(diǎn)收集情況復(fù)雜區(qū)域的數(shù)據(jù)信息。要合理充分地利用系統(tǒng)中包含的各種成像技術(shù)，結(jié)合實(shí)際需求，從不同的距離、角度等展開測量，獲取不同精準(zhǔn)度的圖像效果，從而較好地滿足實(shí)際測繪需求。測量環(huán)境惡劣復(fù)雜地區(qū)時(shí)，常常會遇到人工無法實(shí)地測繪的區(qū)域，運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)，就可以幫助測繪人員掌握近地面的情況，并獲取具有較高精準(zhǔn)度的圖像信息。無人機(jī)的低空飛行技術(shù)，可以更精準(zhǔn)地收集地區(qū)環(huán)境情況，使測繪單位的規(guī)劃設(shè)計(jì)更加合理。

（二）測量城市地區(qū)

規(guī)劃城市之前，應(yīng)當(dāng)先運(yùn)用該技術(shù)探測獲取城市整體信息數(shù)據(jù)。首先，工作人員需要展開像控布設(shè)工作。通常情況下，工作人員要布設(shè)方形網(wǎng)絡(luò)和像控點(diǎn)。由于航測數(shù)據(jù)是否精確在很大程度上會受到像控點(diǎn)精度及數(shù)量的影響，所以工作人員在實(shí)際中要以測量范圍和無人機(jī)機(jī)型設(shè)置數(shù)目合適的像控點(diǎn)。設(shè)置像控點(diǎn)時(shí)，要將誤差控制在合理范圍內(nèi)，保證測繪結(jié)果的精確度。其次，工作人員要合理規(guī)劃無人機(jī)飛行航線和測量區(qū)域。工作人員要先明確將要測量的區(qū)域范圍，并選擇出重點(diǎn)區(qū)域，在此基礎(chǔ)上結(jié)合無人機(jī)特點(diǎn)展開測量，保證測量結(jié)果能夠達(dá)到實(shí)際需求。由于溫度和風(fēng)速等會對無人機(jī)的飛行造成影響，過大的風(fēng)速會導(dǎo)致測繪精確度降低，因此要?jiǎng)澐殖霾煌瑓^(qū)域，以分類標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)調(diào)整飛行高度，使測繪結(jié)果更加合理準(zhǔn)確。最后，工作人員應(yīng)當(dāng)注意對圖像數(shù)據(jù)的處理。無人機(jī)所搭載的相機(jī)拍攝環(huán)境情況時(shí)有可能會被光照所影響，造成圖像產(chǎn)生光學(xué)畸變，使測量出現(xiàn)誤差。因此在拍攝城市時(shí)，要合理設(shè)置拍攝空間和角度。在后期處理數(shù)據(jù)時(shí)，適當(dāng)轉(zhuǎn)換圖像格式，運(yùn)用合適的幾何模型校正圖像。

（三）測量空間較大地區(qū)

在測繪比例尺比較大的地區(qū)時(shí)（如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)等），往往需要測量該地區(qū)的地形獲取影像等相關(guān)數(shù)據(jù)。無人機(jī)遙感技術(shù)就可以較好地測量各種環(huán)境下的地理數(shù)據(jù)，獲取整片地區(qū)信息，收集重點(diǎn)數(shù)據(jù)。在測繪工作中，無人機(jī)要按照設(shè)定的路徑航行，在保持良好穩(wěn)定性的狀態(tài)下獲取較為全面的數(shù)據(jù)。此外，要能夠根據(jù)需求做出適當(dāng)調(diào)整，令無人機(jī)的飛行需求得到滿足，獲取高清高質(zhì)的圖像數(shù)據(jù)。工作人員也要結(jié)合專業(yè)軟件與信息系統(tǒng)，結(jié)合地圖與導(dǎo)航，控制航拍的整個(gè)過程，獲取符合需求的數(shù)據(jù)信息。

（四）實(shí)例分析

在測繪某水利工程時(shí)，工作人員借助了無人機(jī)遙感技術(shù)開展測量工作。根據(jù)測繪現(xiàn)場的實(shí)際情況，計(jì)劃由6架無人機(jī)搭載低空攝影系統(tǒng)完成整個(gè)工程的測繪工作。在平面控制網(wǎng)的內(nèi)部，鋪設(shè)了四等GPS網(wǎng)，布設(shè)24個(gè)GPS標(biāo)識點(diǎn)，聯(lián)測4個(gè)國家三角點(diǎn)。在布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，保證航向毗連的2個(gè)像控點(diǎn)間有9-11條基線跨度，設(shè)置分辨率為16cm。無人機(jī)在開展測量工作時(shí)，用GPSRTK方式對像控點(diǎn)進(jìn)行測量，借助科學(xué)方法明確三維坐標(biāo)。在采集數(shù)據(jù)時(shí)，固定解狀態(tài)下VRMS與HRMS都處于2cm之內(nèi)，通過將兩次測量的數(shù)值進(jìn)行加權(quán)平均得到最終結(jié)果。

四、結(jié)束語

在測繪工程中合理運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)，能夠大幅提高測繪工作的效率。在測繪環(huán)境情況復(fù)雜的地區(qū)時(shí)，無人機(jī)能夠彌補(bǔ)人力的缺陷，獲得更加精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)，從而保證測繪工作的準(zhǔn)確性和安全性?？梢灶A(yù)見，在科技快速發(fā)展的背景下，無人機(jī)遙感技術(shù)將會得到更高寬廣的應(yīng)用，給測繪工作帶來更多的便利。