論無人機在地形測繪工程中的應用

閆寶華

（上海申元巖土工程有限公司，上海 201799）

1 無人機

無人機是指一種單載物而不載人的小型遙控飛機，依靠電子程序、移動智能終端或無線電遙控設備進行操控，代替了傳統的人工操控。無人機的重要組成部分包括主機體、電源系統、信號發射感應接收系統、智能控制系統和數據鏈系統。盡管每個部分都擁有特定功能，但是彼此之間聯系緊密，只有促進各個部分的協調配合，才能確保無人機始終在掌控之中。當人工操控智能控制系統發出遙控指令時，遙控指令會經由數據鏈系統向信號系統進行傳遞，促使無人機快速且精準地執行指令。按照機型差異，無人機可分為無人直升機、無人固定翼機和無人多旋翼飛行器。盡管它們的工作原理是相似的，但是適用環境與使用功能存在一定的差異。為此，在地質測繪測量工程中，就必須結合實際情況，選擇對應機型的無人機[1]。

2 無人機攝影測量技術的優勢特點

2.1 測量辨識性較強

無人機測量技術在地形測繪測量工程中發揮著關鍵作用，為提高地形測繪測量水平奠定了堅實基礎，其最顯著的優勢就是測量辨識性較強。首先，通過優化無人機遙感系統，完善遠程遙感裝置，保證無人機測量技術的安全可靠性。其次，完善攝影功能，避免出現低空飛行障礙物遮擋問題，提高地形測量辨識度，促進地形測繪測量工作有條不紊地開展[1]。

2.2 測量靈活性較強

首先，對于地形地貌較為復雜的區域來說，采用無人機測量技術不僅可以簡化測量工序流程，增強測量的時效性與精確性，還可以保障測量作業人員的人身安全。其次，與傳統的航空攝影技術相比，無人機攝影測量技術的穩定性、可靠性與精確性更高，可以對收集的地形數據加以采集、整合、處理與分析，在保障測量結果精確性的基礎上，節省人力成本和時間成本，保障地形測繪測量工作的有序開展。

2.3 測量成本較低

飛行平臺的主要作用是保障無人機正常起飛和安全著陸，無人機所需的飛行平臺的建設成本遠遠低于常規直升機，而且無人機的攝影測量的時效性與精確性遠高于普通飛行攝影技術。與此同時，無人機是由有機高分子復合材料組成的，自體質量較輕，使用年限較長，維護保養成本較低。尤為關鍵的是，無人機配件的適配性、兼容性與實用性較強，可以節省大量的測繪測量成本。

3 工作流程

3.1 準備處理

在工作開展前先要做好資料收集，展開設備及相機等儀器的檢測分析，確定設備的正常使用，確保后續工作的順利開展。在工作開展前，還應對現有資料進行收集，其中包括基礎資料信息、基礎地形圖信息及衛星影像資料信息等，同時還要對測區的地理位置及實際情況加以明確了解和掌握。展開相機校驗，對方位元素及畸變參數加以掌握，避免問題的產生。相關設備需接受檢查驗收，為航拍質量提供保障。前期準備中應做好現場勘察作業，確定起降位置[3]。

3.2 航攝

一是科學設置航線。利用專業軟件開展飛行航線的設計工作，確保其精準度。二是完成控制點的設置及測量作業。在地面設置基準站，利用PPK后處理動態差分技術精準計算位置，保證后續數據收集的準確性和全面性。控制點的布設要求符合規范標準要求，必要時可通過衛星定位系統確認坐標。

3.3 影像獲取

按照現有規范要求進行無人機起飛前的檢查，落實作業管理、數據整理及檢查等各項作業內容。在起飛前檢查環節，需要對無人機的性能、質量予以嚴格檢查和分析，其中包括的內容有：GBOX狀態檢查、相機、跟蹤器、升降翼、發射架的檢查，做好空速反應及飛機定位檢查，各項數據符合要求后，方能準備起飛事項。在航飛過程中，需要按照規劃好的線路保持飛行，加強測區內數據采集的準確性、齊全性，同時地面站要對飛機的飛行狀態加以監控，確定飛行速度、高度、狀態，發現異常快速予以上報。在數據整理與檢查環節內，應對拍攝數據加以核對和處理，確定有無漏拍情況，檢查影片的清晰度，不清楚的信息需及時補拍。

4 無人機測量技術在地形測量中的方法要點

4.1 外業飛行作業

（1）現場調查。在外業飛行開始前先要檢查是否滿足航飛要求，檢查內容包括：外界溫度控制在-10～40℃之間，符合航飛要求；確定外界天氣良好，禁止在大風、暴雨、雷電等天氣環境下飛行；檢查是否存在電磁干擾，如周邊是否有高壓電線、輸電站和移動電話基站等，以免信號干擾阻礙飛行；禁止進入限飛區域，禁止在飛行中隨意操作，嚴格遵守現有法律規范。航飛流程如圖1所示。

圖1 航飛流程圖

（2）航線規劃。在航線規劃中，要先確定飛行線路能夠在鏡頭范圍內，目前無人機測繪技術在使用中主要是以五鏡頭相機來維持拍攝效果，一鏡頭是垂直向下的，其余鏡頭與一鏡頭之間存在45°角的差異，使其將周邊環境內的所有內容拍攝進去，同時在航線規劃中，要對飛行高度加以控制，保障拍攝的清晰性。航線規劃中需要對測區加以適當外擴，外擴范圍與飛行高度相匹配。另外，在航線規劃中還需對以下參數實行科學把控：航向重疊度，同一航線內相鄰拍照點拍攝照片重疊度；旁向重疊度，相鄰航線相鄰拍照點的拍攝影像重疊度；主航線角度；飛行高度，在飛行高度調整時，要考慮飛行時間和飛行速度，統一調整，以確保拍攝影像的清晰度，掌握被測區域的具體情況；拍照模式，按照現場情況科學選擇。在現有規范要求下，對上述參數有明確要求，航向重疊度控制在60%～80%，最低參數不得超出53%；旁向重疊度則要控制在15%～60%。不過數據不是固定不變的，可根據現場情況加以調整。而航高H、鏡頭焦距f、像元尺寸a、地面分辨率GSD之間的關系則需利用下面公式計算

4.2 無人機管理

在外業飛行前要對無人機實行細致檢查，重點內容有：指南針，實施校準作業，確定飛行方向的準確性；檢查無人機設備供電情況，避免飛行途中停止工作；檢查螺旋槳、機壁等結構質量，保證安裝的牢固性；檢查各零部件；檢查飛行器，確定其能夠正常運轉，且周邊無任何雜物影響。

在檢查工作完成且合格后，對無人機進行前期調試，確保各安裝構件運行效果，尤其要注重對相機的調整，應保持拍攝影像的清晰度。檢查無誤后，啟動無人機。單擊軟件中的起飛按鈕，向無人機傳輸指令，按照設定航線飛行，操控人員要根據現場情況遠程調控飛行高度，確保拍攝畫面的清晰度。無人機飛行應嚴格按照計劃線路進行，中途如果存在電量不足情況，需先確定飛行位置和區域，返航更換電池后再開始飛行測繪。測繪工作完成后，按照航線設定位置返航降落。工作人員可將拍攝影像數據導入計算機軟件中實施后續處理，以獲取精準測繪資料。

4.3 注意事項

在利用無人機開展地形測繪時，無人機操作人員需要經過一系列較為嚴格的培訓，以免實際作業中出現失誤；在對無人機操作中，禁止工作人員在螺旋槳和電機運行狀態下靠近機器；在無人機發出電量過低警告后，盡快執行返航模式，以免數據丟失或產生偏差；降落后的無人機在電機未停止運行前，操作人員不可扔掉遙控器，斷電且關閉遙控器后再繼續后續作業；禁止隨意拆卸或更換無人機設備原裝零部件，以免影響無人機的安全性。

5 無人機測量技術在地形測量方面的應用前景

5.1 有序調控像片

無人機測量技術可以加大高精準性的像片控制，將獲取的地形數據整合存儲到衛星定位導航系統中，依靠衛星定位導航系統的指引功能，設置可換算數據。經過數據換算，獲取目標地塊的地形地貌特征。在條件允許的情況下，如實記錄同一地塊的不同測量時段的航空攝像情況，篩選像片控制點，精準擬定空間范圍，在衛星定位導航系統的支持與協助下，采用新型測量技術對像片控制點的精準性實行檢驗復核。通常情況下，外業測繪測量的控制點多為初始定位，且測繪控制點多設置在外業測繪設備便于存儲的路徑內，以便描繪與分析總體架構之間的關系，推動地形測繪測量工作的有序開展。

5.2 空中三角的測量

無人機測量技術在空中三角測量作業中也發揮著至關重要的作用。依靠數碼攝像技術裝置進行精準定位，最大程度減輕對測繪測量的干擾。一般情況下，在銜接航帶、銜接測量模型中，通過一系列的測量流程后，對像片控制點實行反復調試，進一步明確目標地塊的精準地理方位。這種測量模式與給定數值存在極大的相似性，可以顯著增強測繪測量工作的時效性與精準性。在對較為特殊的地理空間環境展開測繪測量時，航空攝影不可避免地會出現攝影死角，有必要對測繪測量加以補充。將測繪測量結果與測繪圖紙結果作對比，進一步縮小誤差，提高測繪測量精確度。

5.3 內業數字化測圖繪制

內業數字化測圖繪制主要是借助空三加密技術，根據像片控制點完成像片繪制，像片控制點的獲取由外業測量工作獲取。在內業數字化測圖繪制中，空三加密技術可保證測量標高、坐標等參數數據的準確性，結合這些數據完善被測區域地形地貌特征，編制完整清晰的測繪地圖。內業數字化測圖即內業測圖與外業調繪的結合，以外業完成對照補調及其補測，在測繪地物地貌的過程中，應當接邊，在測量完成后方可取下描圖。

5.4 立體架構采編與管理

在采用無人機開展地形測繪中，會借助立體信息的獲取，對被測區域地形、地質信息實施綜合采編處理，實現數據的科學管控，保證測繪信息的準確性、真實性。需要注意的是，在采編管理過程中應采用手動方式確定水壓線和等高線位置及相關參數，并對獲取資料實行科學處理，以保障立體采編的完整性、可靠性。在立體采編及管理環節，重點把控地形結構數據和物體線節點數據，以提高無人機測繪的精準性，減少干擾因素的產生。若使用無人機測量房屋結構，要對房屋工程的外部輪廓邊緣實施測量處理。在信息校正后，保證數據測量的結果。但是對于地形結構較為復雜或者是測量難度較大的區域，則可以先標記，在保證整體測量效果的基礎上，使用無人機完成初步的信息采集，統一編碼立體信息。

5.5 補測

在無人機測繪中會因為高度過高或飛行速度過快，使得拍攝影像數據存在問題、模糊不清或出現較大偏差，這時就需要利用補測方式，對影像予以清晰還原，優化測繪數據質量。在補測環節中，工作人員應根據測量結果確定補測區域位置和面積，了解區域地形，合理規劃無人機航飛路線，減少盲點帶來的影響。同時，充分利用無人機自身性能優勢，完善補測作業內容，提高測繪數據的準確性和齊全性，降低意外問題的出現概率。如果面向測繪項目的區域被大量覆蓋，并且地形結構過于復雜，則無人機很難進行補測調查，只能通過人工測繪來改善數據。在其他情況下，始終建議采用無人機補測方式，以免在測量過程中因人為因素引起數據錯誤，降低數據準確性。

5.6 突發狀況處理

為降低突發事件帶來的不良影響，在無人機測繪過程中還需要對測繪方式及技術工藝實行調整和優化，以保證獲取數據的齊全性和可靠性。在無人機測繪中，可融入遙感技術、衛星技術，輔助開展測量工作，準確了解被測區域具體特征。如在陰雨天氣中，可利用無人機遙感技術做好被測區域的精準定位，獲取較為清晰的影響資料，并根據這些資料開展分析探討，預測可能出現的不安全問題，之后給出科學解決措施，推動相關工作順利進行，減少不必要的損失和傷亡。

6 結束語

通過以上分析可知，在現階段的無人機在地形測繪中的應用，對傳統測繪技術是一項重要創新和優化，大大提升了測繪工程的整體水平，準確了解被測區域的整體特征，為后續開發建設提供了可靠的依據和支持。同時，在無人機測繪技術推動下，還可實現災害預測，降低實際作業中危險事故發生率，保障地區居民的生命財產安全。總的來說，無人機的應用為測繪行業發展帶來了更大的助力，為我國社會前行提供了重要的技術支持。