無人機遙感技術在測繪工程測量中的應用

扈彤利

（內蒙古自治區航空遙感測繪院，呼和浩特 010010）

0 引言

科技高速發展背景下，測繪工程進入新發展時期，特別是無人機遙感技術創新成果十分顯著，其基本原理主要是依托無人駕駛飛行設備，聯合應用多項先進技術，完成被測目標區域內信息收集，實現精準、全面測量，提高各類數據收集效率，具有良好的應用成效，且能保證最終測繪測量成果的精準性。

1 無人機遙感技術組成及其應用優勢

1.1 無人機遙感技術組成

無人機遙感技術主要是由硬件系統、軟件系統、通訊系統構成。其系統核心構成（見圖1）主要包含以下幾方面：①飛行平臺。飛行平臺是無人機系統實際承載平臺，用于無人機飛行，其實際重量應超過2 kg，實際飛行速度建議控制在60～160 km/h，續航實際能力超過1.5 h。②飛行控制系統。飛行控制系統是無人機飛行正常工作的保證，主要包括全球定位系統（Global Positioning System，GPS）接收機、慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）系統等，其主要控制飛行測繪工作中實際狀態，關系到后續測繪測量成果的可靠性。③遙感設備。遙感設備是飛機正式飛行中獲取影像的關鍵性傳感裝置，當前傳感器類型較多，正式飛行之前需做好系統性檢查。④任務規劃與控制站。地面控制站是無人機遙感控制中心，可動態化控制無人機在實際工作中采集數據、接收指令，同時也是控制人員對飛機控制指揮中心，是飛行監視和數據采集場所。⑤數據后處理系統。該系統核心任務是對飛機采集動態化數據之后，完成數據提取的系統，因無人機在實際飛行過程中受多方因素干擾，其難以保證完全與測量地面保持平行姿態，采集數據與實際數據產生偏差，需采取多項舉措加工處理。

圖1 無人機遙感技術組成

1.2 無人機遙感技術在測繪工程測量中應用的優勢

（1）監測尺度大。無人機遙感技術符合大尺度監測的實際要求，可動態化依托遠程檢測實時調整測量范圍，保證最終測量成果更具精準性。無人機遙感技術除數據準確之外，可減少人力、物力等投入，為測繪工程測量提供保證。

（2）信息處理高效。工作人員在測繪工程測量過程中，通過無人機遙感技術對被測區域進行監控，可處理該區域內信息數據，保證信息精準性。在當前測繪工程測量工作中，單純依靠遙感技術無法更好地完成測量工作，無人機遙感技術需聯合遙感系統，發揮各系統優勢，獲取更好的工程測量成效。

（3）監測效率高。無人機飛行速度快、智能化、自動化特征明顯，工作人員在實際開展監測工作過程中，可對無人機實際飛行高度、速度進行控制，進一步擴展監測范圍。同時，選取無人機遙感技術，可實現定點監測，應對各類突發事件具有良好的成效。

（4）測量成本低。無人機遙感技術開展測繪工程測量作業，設備整體投入費用不高，操作流程較為簡單，人員進行培訓后便可實踐操作，能節省大量人工成本。

2 無人機遙感技術在測繪工程測量中的應用

2.1 測繪影像資料獲取

測繪影像資料獲取是測繪工程實際測量的關鍵內容，需加以重視，工作人員在選用無人機遙感技術進行實際測繪過程中，應全方位掌握被測目標區域內實際狀況，并以此為基礎合理規劃無人機飛行路線，結合實際試飛情況確定最終設備平臺。無人機正式飛行過程中幅度較小，會產生較大的偏角，獲取信息數據的同時，工作人員應最大限度通過飛行拍攝影像不斷豐富后期三維處理影像。因無人機應用受續航能力限制，對較大范圍測區需進行合理劃分，為保證實際影像覆蓋范圍及航攝質量，分區界線與圖輪廓線要保持一致，不同測區實際高差應小于0.25 倍相對航高，當攝影比例尺超過1∶8 000時，要求小于1/6相對航高。根據地面20 cm 的分辨率設計，最終獲取影像應滿足1 ∶2 000 比例尺的數字線化地圖、數字高程模型的數字精度要求。數字高程模型精度要求如表1 所示。

表1 數字高程模型精度要求

2.2 數據采集

無人機遙感技術在采集測繪區域內信息的過程中并未實現全過程自動化操作，需在一定程度上結合人工，無人機遙感技術采集數據按照采集主體不同，主要包含兩種方式，即自動加密、手動采集。自動加密屬于一種自我保護機制，測量數據收集完成之后依托傳感器和拍攝設備對信息進行暫時存儲，并完成加密工作，保證數據信息安全性。數據采集過程內容較多，首先需結合地面分辨率要求確定任務規劃，航測過程中無人機實際飛行高度與多個因素密切相關，其主要計算公式如式（1）所示：

式（1）中，

H

為無人機飛行高度，單位為m；

f

為相機焦距；

pix

為像元大小；

GSD

為影像地面分辨率。傳統攝影測量過程中，航向重疊處于60%～65%，最小限值需大于53%；旁向重疊處于30%～40%，最小限值應大于15%。無人機通常要求航向重疊率、旁向重疊率要分別超過70%、60%。

2.3 數據處理

傳統數據處理效率、質量等方面存在不足，而應用無人機遙感技術可有效解決這些問題，且具有較強的優勢。例如，對大范圍礦山進行測繪時，傳統測繪方式數據處理周期長，數據收集精準性難以保證，難以為礦山合理化整治提供強有力保證，礦山污染整治成效難以有效提升。無人機遙感技術在礦山測繪工程測量中，可短時間內獲取礦山實際信息，并將數據進行實時傳輸反饋，為礦山整治和管理提供可靠的數據支持。此外，礦山測量方面無人機遙感技術數據處理的優勢在于，現下社會對資源需求量持續性增大，但傳統礦山開采耗費時間較長，開采難度較大，積極探尋新的資源對緩解能源壓力具有積極作用，無人機遙感技術在開發和尋找礦山具有無法比擬的優勢，可為礦山后續管理提供保證，制訂合理的開采計劃。

2.4 復雜地區工程測繪

無人機航攝系統可短時間內獲取高精度航空拍攝影像，提高測繪工程測量工作水平，并有助于相關人員及時將數據信息處理成果用于城市規劃、資源開發等環節中，促進我國資源管理水平的提高。部分工程建設的施工測量過程中，因其施工環境較為特殊，傳統測量方式難以滿足實際需求。此種背景下，應用無人機遙感技術，可實現低空航攝，同時完成數據分析，獲取精準性較高的數據，即數據分析至最終數據統計均實現智能化，具有較強的靈活性。目前，森林開發、農村建設等領域無人機遙感技術應用十分廣泛，在各類不良環境中開展測量工作不受外界因素干擾，且能夠保證最終測量成果精準性。

2.5 突發事件應急處理

隨著生態環境破壞日漸嚴重，近年來各類突發性事件逐步增多，特別是各類自然災害頻發，如地震、泥石流、山體滑坡等。原有的常規測量方式在突發事件實際測量過程中，耗損時間較長，難以實現動態化監測，如發生地震或其他地質災害后，其周圍環境十分惡劣，難以有效進行地面監測，易受外界不良環境干擾，難以及時獲取災區實際情況。但是，無人機遙感技術可進一步解決上述問題，其憑借自身優勢能快速進入災區，對災區進行動態化監測，及時將獲取的影像及數據信息反饋至后臺，掌握災區一手資料，并實時傳輸影像和視頻，助力救援人員全方位掌握災區最新狀況，為救災指揮中心制訂救援方案提供數據支持。將其傳輸的數據與受災之前的谷歌影像、高分影像、大比例尺地形圖進行比對，救援人員可短時間內標定和估測受災實際區域、基礎設施損壞、房屋損毀等情況，為災情精準性評估提供助力。

3 項目實踐案例

3.1 項目概況

某地區鋁土礦是十分罕見的大型巖溶堆積型鋁土礦，該地區面積為1 750 km，擁有5 個礦區，其中鋁土礦實際存儲量高達2 億噸，具有較大的經濟價值。鋁土礦開發項目區域內有公路貫穿全程，交通十分便利。整個地區內礦體分布不均勻，一共擁有148 個礦體，不同礦體實際存儲量不盡相同，礦體厚度也不均勻，厚度最大數值為10.59 m，最小值僅為0.53 m；礦體上層的實際覆蓋層實際上僅有50 cm，更有部分礦體直接暴露在地面；礦體內原礦含率存在差異性，其實際波動處于0.247 t/m～1.58 t/m，平均含礦率為0.909 t/m；鋁硅在礦石內變更較大，整個礦區內中部區域的鋁硅量均值較高，西北區域次之。

3.2 無人機遙感技術實際應用

根據該礦區內整體特征，采礦后需要對其進行及時修復，避免破壞生態環境平衡，因此該礦區應用無人機遙感技術獲取基礎信息，積極對礦區土地進行復墾，并獲取良好的成效，具體主要體現在以下幾方面。一是復墾之后耕地實際總量增長，開采之前耕地為38 km，復墾工作完成之后耕地面積增長至41.8 km；二是復墾地適用性增強；三是復墾土地地力顯著提高。該礦區復墾之后農作物種植主要以甘蔗等作物為主，0.067 公頃土地年收入高達2 000 元，有效改善了礦區人民生活狀況，促進了礦區良好發展。截至目前，該鋁土礦先后復墾土地共計328.35 公頃，平均復墾率高達100%，平均復地率高達70%。

4 結語

近年來，數字化技術、數字化產品逐步被應用到測繪領域，無人機遙感技術作為新興技術，憑借其優勢被廣泛應用于多個領域的測繪測量中，也是未來攝影測量發展主要趨勢。相關人員在具體實踐過程中，需積極分析無人機遙感技術的優勢，合理把控其實際應用的各環節，提高測量工作效率，保證最終獲取成果的精準性。