無人機技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用與實踐

何自楊

北京中色地科測繪有限公司 北京 100012

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動了我國無人機產(chǎn)業(yè)的不斷創(chuàng)新和進步。無人機技術(shù)在許多行業(yè)和領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，許多相關(guān)設(shè)備得到了改進，為無人機測繪技術(shù)的應(yīng)用和推廣打下了良好的基礎(chǔ)。隨著無人機測繪技術(shù)的不斷成熟，測量工程中無人機的應(yīng)用程度越來越高，通過引入無人機測繪技術(shù)，不僅能夠有效增加監(jiān)測尺度，同時也有助于改善監(jiān)測精準性與效率，表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用價值與發(fā)展前景。然而，當下測繪工程中應(yīng)用無人機測繪技術(shù)依舊存在一定的問題，比如說無人機測繪技術(shù)的穩(wěn)定性、精準性等，還有待進一步的驗證與優(yōu)化，也受到了各界人士的普遍關(guān)注。

1 概述

無人機測繪技術(shù)又稱無人機遙感技術(shù)。它集成了多種技術(shù)，包括GPS、通信、遙感和無人駕駛，具有專業(yè)化、自動化和智能化的特點，特別是在地理信息制圖方面。無人機測繪技術(shù)不僅可以隨時隨地升級、更新測量的相關(guān)信息，而且可以為環(huán)境整改、城市建設(shè)提供有力的信息支撐。在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，科學(xué)技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化，而傳統(tǒng)的遙感技術(shù)難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，再加上地形、建筑變化較大，城市建設(shè)、車站、機場等工程施工環(huán)節(jié)都要求有海量的數(shù)據(jù)信息給予支持，因此，無人機測繪技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，以確保數(shù)據(jù)和信息收集更加充分和準確。無人機測繪技術(shù)中不僅僅包含著數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而且還涉及到了高清分辨率的傳感系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)將通訊、GPS、計算機等技術(shù)融合在一起，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。在無人機測繪技術(shù)的具體應(yīng)用過程中，及時對數(shù)據(jù)信息進行收集、處理、更新，比如低空飛行，不會受到空間局限性，在注冊成功以后便可以立即飛行，使數(shù)據(jù)采集快速更新，速度較快，準確率也極高[1]。

2 無人機技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 監(jiān)測范圍廣

①與傳統(tǒng)的無人駕駛飛行技術(shù)相比，無人機飛行技術(shù)不易受到其他因素的影響。它可以在任何高度空間完成拍攝，在某些惡劣環(huán)境下飛行，獲得準確的圖像數(shù)據(jù)。除此之外，借助無人機測繪技術(shù)可直接完成一些特殊區(qū)域的測量工作，包括沙漠地區(qū)、草原、沼澤等，可提升工程測量的經(jīng)濟性。②監(jiān)測效率高。通過使用無人機遙感測繪技術(shù)，可快速且準確獲取到監(jiān)測區(qū)域需要的影像數(shù)據(jù)，并在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸、整理、分析，可提升數(shù)據(jù)傳輸速度、影像清晰度。近年來，無人機遙感測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于水工環(huán)測量、地震災(zāi)害防治及洪水災(zāi)害的治理工作中，具有較高的實用性、適用性。③操作流程簡潔。目前某公司推出的無人機型號均可實現(xiàn)線路規(guī)劃、任務(wù)分析和自動返航等功能，在執(zhí)行任務(wù)過程中可根據(jù)實際情況自行決策，具備更強大的自主決策能力，操作流程更簡單快捷，專業(yè)性較強。④數(shù)據(jù)安全可靠。伴隨我國建筑行業(yè)發(fā)展的速度越來越快，施工過程中對于測量的要求也日益提高，而無人機測繪技術(shù)主要運用的是先進的系統(tǒng)，優(yōu)點就在于能夠快速對數(shù)據(jù)進行收集、整理與處理，工作效率以及數(shù)據(jù)安全高，而且準確、真實且可靠[2]。

3 無人機技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用流程

3.1 飛行準備

首先，對項目所在區(qū)域進行相應(yīng)的地形地貌調(diào)查。如果測量區(qū)域的地形起伏較大，為了更加準確的獲取測繪結(jié)果需要對所測區(qū)域?qū)嵤┍匾淖訁^(qū)域分割，就是充分參照地形的具體變化情況對所測區(qū)域分成不同的飛行區(qū)域，在此基礎(chǔ)上參照不同區(qū)域的具體特性設(shè)定“飛行高度”“航向重疊度”“旁向重疊度”等相應(yīng)飛行測繪參數(shù)。其次，航線的節(jié)點設(shè)置必須以整個航線為中心，呈網(wǎng)狀進行合理的分布。只有選擇科學(xué)合理的航線，才能夠確保無人機操作更加有序地進行。

3.2 像控點布置

使用無人機進行測量時，需要合理布置圖像控制點。只有經(jīng)過科學(xué)的計算，保證布置點的合理性，才能確保后續(xù)測量工作的全面實施，最終得到準確的測量數(shù)據(jù)和清晰的影像。因此，像控點的布設(shè)是保證后續(xù)工作進行的關(guān)鍵。另外，要注重布設(shè)的像控點位置。要布設(shè)在航線附近區(qū)域，選擇地勢起伏較小的平緩地區(qū)。如果地勢復(fù)雜傾斜角度比較大，就會影響到像控點的布置效果。像控點的布設(shè)主要是為了輔助拍攝關(guān)鍵的部位，準確地確定數(shù)據(jù)和圖像。所以，在布設(shè)的過程中，要接近重要位置。只有做到這幾方面，才可以確保無人機攝影工作的順利進行。

3.3 空三角測量

無人機測繪技術(shù)應(yīng)用于工程測量時，其采集的信息往往受到茂密植物和高層建筑的影響，若是地表控制點設(shè)置區(qū)域不合適就非常容易引發(fā)所測內(nèi)容不準確，甚至無法獲取影像等問題。所以為了提升測繪準確性要實施空中三角加密測量的方式。通過此種加密測量方式能夠進一步增強影像之外方位元素預(yù)算的準確性，能夠充分發(fā)揮軟件的作用，可以有效避免地表相應(yīng)元素對測繪內(nèi)容的影響，從而大大增強測繪準確度，尤其是對于較為復(fù)雜的區(qū)域來說通過空中加密處理更可以增強測量精度[3]。

3.4 數(shù)據(jù)采集

隨著無人機測繪技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴大，其在實際應(yīng)用過程中的效果也受到了各施工企業(yè)和施工單位的重視。實際上，無人機測繪技術(shù)在測繪領(lǐng)域的實際應(yīng)用涉及到影像資料的獲取，其主要是在過程測繪過程中通過無人機測繪技術(shù)倆對測繪區(qū)內(nèi)的各個物體形成坐標，后續(xù)進行精確定位，在工作人員做好像控后這可以快速幫工程師測繪圖像。在實際的應(yīng)用過程中，無人機測繪技術(shù)可以自動調(diào)整測繪影像的比例和圖幅尺度等，與此同時，還會自動調(diào)整測繪影像的比例和圖幅尺度，其帶有先進的三維模型效果，為后續(xù)的建筑工程項目開展提供一定的數(shù)據(jù)支撐。而在應(yīng)用無人機測繪技術(shù)的過程中，相應(yīng)的建筑企業(yè)以及施工單位也要安排專業(yè)的操作人員來開展相關(guān)工作，在實際操作中工作人員要對無人機測繪技術(shù)的應(yīng)用情況有一個全面的掌握，后續(xù)對計算機輸入指令，同時還要對測繪區(qū)域進行劃分，合理設(shè)計無人機航線，以此來獲取精確的數(shù)據(jù)，最終順利完成工程測繪工作。

3.5 數(shù)據(jù)處理

由于無人機體積小，所搭載的數(shù)碼相機的布置會有一定的不規(guī)則性，在無人機俯沖轉(zhuǎn)彎過程中會出現(xiàn)圖像疊加問題。因此，在實際測繪工作中，應(yīng)及時調(diào)整相機的參數(shù)和焦距，通過科學(xué)合理地控制無人機的運行角度、改變圖形的拍攝效果來避免圖像模糊變形，確保圖像數(shù)據(jù)信息的精準性，提升無人機的工作效率。如：由于上述項目測量區(qū)域植被茂盛，在實際測繪過程中可以采取做好數(shù)據(jù)濾波去除影響測量數(shù)據(jù)中點云的措施。除此之外，技術(shù)人員還要做好數(shù)據(jù)的存儲工作，對一些無用的數(shù)據(jù)要進行信息采集器格式化，這可以避免新數(shù)據(jù)或者影片重疊彎曲等問題，進而保證良好的影像清晰度，進一步提升無人機技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.6 低空作業(yè)

過去，無人機測繪技術(shù)在起降條件差、云層低的山區(qū)作業(yè)時會面臨很多問題，對工程測量產(chǎn)生很大影響。針對這一問題，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)航空攝影逐漸被低空無人機攝影系統(tǒng)取代，在資源開發(fā)、環(huán)境變化監(jiān)測、農(nóng)林監(jiān)測中得到了較大范圍的應(yīng)用。實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，無人機遙感測繪技術(shù)可充分發(fā)揮自身靈活性和安全性優(yōu)勢，以獲取影像數(shù)據(jù)。以應(yīng)急事件監(jiān)測工作為例，無人機飛艇低空航測系統(tǒng)可投入特定工作中。無人機飛艇低空航測系統(tǒng)，包括低寬角低空數(shù)碼相機和檢校相結(jié)合，檢校軟件和相片重疊關(guān)系可降低誤差范圍。除此之外，在低空作業(yè)中，應(yīng)用無人機遙感測繪技術(shù)時，應(yīng)嚴格把控技術(shù)要點，實現(xiàn)自動化操作。目前使用的無人機飛艇低空航測系統(tǒng)，已配備先進的數(shù)據(jù)處理軟件，自動化測量水平較高，同時可保證影像數(shù)據(jù)的分辨度、清晰度[4]。

4 無人機技術(shù)在測繪工程中的實踐應(yīng)用

4.1 海岸線地形測繪

我國海洋資源豐富，海岸線很長，加強海岸線測量將有助于確保中國國土資源的安全。在開展軍事工程、海岸資源開發(fā)以及水池養(yǎng)殖等項目時，對海岸線地形進行測量十分重要。傳統(tǒng)的海岸線地形測量工作，需要工作人員通過相關(guān)設(shè)備和儀器進行測量，不僅難以提高測量工作的效率，也會消耗大量的人力與物力資源，而通過無人機測繪技術(shù)，一方面可以很好地提高海岸線地形測量工作的效率，另一方面也能夠保證測量數(shù)據(jù)的準確性。在應(yīng)用無人機進行海岸線地形測量時，首先要確保無人機在低空區(qū)域平穩(wěn)的飛行，其次要在測量前做好準備工作，開展相關(guān)資料的調(diào)查，并且設(shè)置好各個控制點，從而精準歸納和分析測繪區(qū)域中心與間隔航線布設(shè)平高點等各項測量數(shù)據(jù)，使其具有良好的精準性與可靠性。

4.2 礦山地形測繪

首先，為了無人機測繪路線的設(shè)計安全，必須使用航空攝影來收集礦山地形和其他相關(guān)數(shù)據(jù)。而且如果要想迎合礦山測繪的需求，測繪人員就需要明確無人機的飛行高度和相機的分辨率等飛行參數(shù)。然后，測繪人員一定要做好地面控制的工作為測繪的順利進行提供保障，就像提前設(shè)置測繪點，這樣就能方便無人機進行數(shù)據(jù)的采集工作。另外，在初次飛行成功以后，測繪人員還需要實時地查看無人機反饋過來的飛行信息，如果收集到的數(shù)據(jù)不能夠滿足使用的需求，測繪人員就需要調(diào)整無人機的拍攝角度以及其飛行高度，以獲取更多、更符合要求的測繪信息。最后，測繪人員就需要對收集到的測繪數(shù)據(jù)進行科學(xué)的分析與整合，以得到完整的礦山地形全貌、交通狀況、植被覆蓋等信息，為以后要進行的礦山開采作業(yè)提供科學(xué)的指導(dǎo)意見[5]。

4.3 應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境

在環(huán)境惡劣地區(qū)的工程測量中，傳統(tǒng)的測量技術(shù)難以充分發(fā)揮其作用。測量過程中，在進行單一的航空拍攝時，不僅要考慮云層，還要對其地勢、地形進行全面考察，運用傳統(tǒng)測量技術(shù)難以完成。但無人機測繪技術(shù)在工程測量中的運用，能夠克服因其地理環(huán)境的復(fù)雜帶來的局限性，無人機測繪技術(shù)能夠?qū)λ械纳酱ê恿?、不同的地理環(huán)境全面展開相關(guān)測量工作，進而促使整個工程的成像精確度提高。無人機測繪技術(shù)不僅能對平原大川展開較好的測量工作，還能夠精確拍攝環(huán)境相對惡劣的山區(qū)，這是傳統(tǒng)測量技術(shù)所達不到的高度，很多之前無法克服的難題無人機測繪技術(shù)都能夠做到有效破解，并且能高效保障整個測繪工程順利完成。無人機測繪技術(shù)在運用過程中成本低、安全性高，在測繪工程中頗受青睞，并得到廣泛推廣[6]。

4.4 應(yīng)用于災(zāi)情救援

近年來，我國地震等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，采用無人機測繪數(shù)據(jù)處理方法可以提高救援效率。無人機測繪技術(shù)具有機動性和靈活性，能夠快速獲得災(zāi)區(qū)的真實影響。合理應(yīng)用無人機測繪數(shù)據(jù)技術(shù)，可以有效地提高災(zāi)害救援工作的效率，通過測繪技術(shù)的應(yīng)用，為救援人員提供方便。針對山區(qū)公路邊坡，在測量中增加了人員測量的風(fēng)險，合理運用無人機測繪數(shù)據(jù)處理方法，有效提高了安全性，為后期公路測量提供了可靠的參考數(shù)據(jù)信息。一是利用無人駕駛飛機進行數(shù)據(jù)測繪，二是利用動態(tài)后測數(shù)據(jù)處理技術(shù)，三是利用GPS技術(shù)進行精確定位。利用外業(yè)航拍技術(shù)在山區(qū)可對周邊地形山區(qū)公路進行實景拍攝，并對測繪數(shù)據(jù)信息進行有效控制和合理處理。

5 結(jié)語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，經(jīng)濟的發(fā)展推動科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，為人們的生產(chǎn)生活帶來了諸多便利，提升了人們生活的質(zhì)量與效率。尤其是在測繪工程的應(yīng)用中，無人機測繪技術(shù)的研發(fā)大大提高了測繪工程數(shù)據(jù)的精確度，在測繪工程運用中有著不可動搖的地位。作為先進測繪技術(shù)之一的無人機測繪技術(shù)在工程測繪測量領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，為工程的有效開展奠定基礎(chǔ)，不僅降低測繪成本、提升測繪效率，還能使測繪數(shù)據(jù)更加準確全面，確保工程測繪效果。