基于中繼通信技術(shù)的地形特征點(diǎn)無人機(jī)精細(xì)測(cè)繪研究

張國(guó)昌

（濱州市自然資源和規(guī)劃局，山東 濱州 256600）

1 無人機(jī)中繼通信

隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)的用途越來越廣泛。通過在無人機(jī)上安裝信號(hào)接收裝置、信號(hào)發(fā)射裝置以及圖像接收裝置，就能完成信號(hào)采集工作，無人機(jī)繪圖系統(tǒng)包括無人飛行機(jī)械工作區(qū)、圖像采集區(qū)、地面飛行行為控制區(qū)以及信號(hào)傳送區(qū)。無人機(jī)的工作模塊包含飛行機(jī)器、電力供應(yīng)裝置、功率調(diào)節(jié)裝置和槳葉，在實(shí)際的地圖繪制中還需要輔助的電子設(shè)備。目前，無人機(jī)地形圖測(cè)繪技術(shù)一般采取先內(nèi)后外的工作方式，即先采集和整理測(cè)繪區(qū)域的基本信息，然后根據(jù)實(shí)際需要采集其他區(qū)域的數(shù)據(jù)[1-3]。在完成所需資料采集后對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理，包含差值修正、沃爾利斯（Wallis）轉(zhuǎn)換等，使用影像設(shè)備上的校正板校正影像，再利用專業(yè)的程序建立三維模型，以影像工作點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行大面積地圖的繪制[4,5]。

當(dāng)前普遍使用的繪圖專用無人機(jī)能夠在云層下進(jìn)行作業(yè)，避免了氣象干擾和云層遮擋。隨著電子信息技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)的迅速發(fā)展，為三維成像提供足夠的數(shù)據(jù)支撐[6]。由于無人機(jī)的體積小、重量輕，在地圖的繪制中容易受到外界的影響，因此無人機(jī)的安全飛行是保證測(cè)繪工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵。此外，所裝載的影像采集設(shè)備大多是非專業(yè)的，與傳統(tǒng)航空所裝載的專業(yè)影像采集設(shè)備相比具有很大的可變性，容易造成觀測(cè)點(diǎn)、投影中點(diǎn)以及成像點(diǎn)的不共線。

中繼通信系統(tǒng)是無人機(jī)的關(guān)鍵組成部分，利用該系統(tǒng)可以執(zhí)行無人機(jī)平臺(tái)的監(jiān)控、起飛、降落等任務(wù)，如圖1所示。長(zhǎng)航模式下，無人機(jī)的主要功能是在8 km的高度進(jìn)行偵查和打擊，同時(shí)也可以進(jìn)行情報(bào)搜集。目前，無人機(jī)已經(jīng)形成了一個(gè)完整的體系，類型越來越多，能夠完成各種功能[7]。隨著無人機(jī)對(duì)中繼任務(wù)的要求越來越高，利用鏈路集成處理器將數(shù)據(jù)鏈中的數(shù)據(jù)處理和平臺(tái)任務(wù)結(jié)合起來。同時(shí)，在充分利用網(wǎng)絡(luò)中心開放性的基礎(chǔ)上可以兼容IP協(xié)議，既可以確保已經(jīng)安裝的數(shù)據(jù)鏈平臺(tái)之間的連接，也可以在傳統(tǒng)的非IP數(shù)據(jù)鏈平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)中心IP之間起到橋梁的作用[8]。鏈路集成器主要包括3大模塊，即主機(jī)接口模塊、終端接口模塊以及數(shù)據(jù)鏈路處理模塊。其中，數(shù)據(jù)鏈路處理模塊的主要功能是處理各種信息。

圖1 無人機(jī)中繼通信

2 地形圖測(cè)繪的應(yīng)用

地形圖測(cè)繪是我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)項(xiàng)目中的一項(xiàng)重大任務(wù)，它能為整個(gè)項(xiàng)目的總體規(guī)劃提供一定的地理信息。無人機(jī)測(cè)繪主要流程如圖2、3所示。

圖2 無人機(jī)航攝外業(yè)作業(yè)主要流程

圖3 無人機(jī)航攝內(nèi)頁作業(yè)主要流程

2.1 城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)

地形圖測(cè)繪為城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支撐，能夠提高工作效率和質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，由于某些區(qū)域的云層較厚且地形較高，因此會(huì)對(duì)航測(cè)精度造成一定的影響。某工程勘測(cè)單位在進(jìn)行區(qū)域測(cè)繪時(shí)，由于當(dāng)?shù)氐脑屏枯^小且山地較高，因此采用無人機(jī)進(jìn)行地形測(cè)量。技術(shù)人員操控?zé)o人機(jī)在適當(dāng)?shù)娘w行高度采集區(qū)域的全貌信息，利用遙感技術(shù)對(duì)目標(biāo)地形進(jìn)行三維模型化，實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的初步勘測(cè)。在二次測(cè)繪中，技術(shù)人員通過調(diào)整無人機(jī)的飛行高度，采用高清攝像機(jī)采集目標(biāo)區(qū)域的資料，確保資料更加準(zhǔn)確。在測(cè)量過程中會(huì)遇到一些突發(fā)情況，如在測(cè)量前方出現(xiàn)巨大的山體等。技術(shù)人員通過靈活操控?zé)o人機(jī)來實(shí)現(xiàn)有效避障，提高了測(cè)繪工作的安全性。

2.2 土地利用管理

我國(guó)不同區(qū)域的地貌差異很大，利用放大后的地形圖可以為有關(guān)部門提供宏觀地理形態(tài)分布數(shù)據(jù)資料，為改進(jìn)土地利用管理政策提供依據(jù)。在采集圖像數(shù)據(jù)時(shí)要針對(duì)不同區(qū)域的特點(diǎn)選用合適的攝影技術(shù)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)勘測(cè)的不足。在拍攝目標(biāo)區(qū)域時(shí)，根據(jù)無人機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和圖像的大小，通過調(diào)節(jié)無人機(jī)的飛行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)全方位的拍攝。在低空遇到障礙時(shí)，通過低速過彎獲取整個(gè)視野范圍內(nèi)和視野盲區(qū)的信息，增加照相機(jī)的曝光，這種方法適用于在黑暗地區(qū)進(jìn)行攝影。利用曝光可以提高圖像的清晰度，改善圖像采集質(zhì)量。在采集圖像時(shí)，利用無人機(jī)對(duì)不明地區(qū)進(jìn)行拍照，能減少意外事件的發(fā)生。

3 地形圖的常見制圖技術(shù)探討

全站式電子距離測(cè)試儀（簡(jiǎn)稱全站儀）是一種集光學(xué)、機(jī)器學(xué)等多學(xué)科技術(shù)于一體的高科技儀器，能夠同時(shí)測(cè)量地形的水平角度、垂直角度、平面距離以及斜面距離。全站儀測(cè)繪的工作主要包括野外調(diào)查、測(cè)繪方案設(shè)計(jì)、野外數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)測(cè)繪、圖象質(zhì)量驗(yàn)收以及輸出結(jié)果等。利用全站儀進(jìn)行地圖的測(cè)量和繪制能夠提高地圖的精度，但是這種方法對(duì)人工的依賴性較強(qiáng)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。與野外測(cè)繪相比，城市和鄉(xiāng)村的測(cè)繪環(huán)境要好很多，而且能為人力、物力的消耗提供持續(xù)支持。全站儀具有高精度的特征，可用于城鄉(xiāng)地基、房屋位置等的測(cè)繪。

GPS-RTK只要能夠收到來自4顆以上衛(wèi)星的通信和電磁信號(hào)，就可以對(duì)其進(jìn)行校正，得到相應(yīng)的地理坐標(biāo)。

4 無人機(jī)中繼通信技術(shù)的發(fā)展前景

無人機(jī)中繼通信平臺(tái)載重和空間都比較大，隨著現(xiàn)代通信中繼技術(shù)的飛速發(fā)展，目前已經(jīng)有了適合中、低空的小型無人機(jī)通信中繼平臺(tái)。強(qiáng)化無人機(jī)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息系統(tǒng)，增強(qiáng)無人機(jī)性能。以云計(jì)算為基礎(chǔ)，構(gòu)建企業(yè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)布。統(tǒng)一協(xié)調(diào)商業(yè)衛(wèi)星租用，發(fā)展全球?qū)拵l(wèi)星通信，減少衛(wèi)星通信成本和帶寬約束。隨著無人機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域的廣泛使用，其承載的任務(wù)負(fù)載和通信方式也在不斷增加，模塊化、小型化的設(shè)計(jì)已成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。隨著無人機(jī)承載能力的不斷提高，對(duì)數(shù)據(jù)的需求也隨之增加，對(duì)擴(kuò)頻帶寬、提高頻帶利用率、提高信息傳送能力提出了更高的要求。積極發(fā)展寬帶衛(wèi)星通信，以適應(yīng)不斷提高的數(shù)據(jù)帶寬要求。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和推廣，對(duì)寬帶衛(wèi)通資源的需求也在不斷增加。為了適應(yīng)不斷增加的超視距戰(zhàn)斗數(shù)據(jù)對(duì)寬帶傳輸?shù)囊螅仨毚罅Πl(fā)展寬帶衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)發(fā)器。除此之外，強(qiáng)化通信網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)。未來無人機(jī)將會(huì)面臨更為嚴(yán)峻的工作環(huán)境，對(duì)通信系統(tǒng)的電磁兼容、低截獲概率、抗欺騙能力、安全性能和抗干擾能力等提出了更高的要求。

5 結(jié) 論

隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無線中繼技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。通過對(duì)基于中繼通信技術(shù)的地形特征點(diǎn)無人機(jī)精細(xì)測(cè)繪進(jìn)行研究，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的地形勘測(cè)與無人機(jī)遠(yuǎn)距離安全操控，能夠有效提升應(yīng)急測(cè)繪能力，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。