工程測量中的無人機航測技術應用研究

沈 華，施浩澤，徐 巍，劉俊杰，黃易成

（1.浙江鼎弘勘測設計有限公司，浙江 寧波 315000；2.寧波融程測繪有限公司，浙江 寧波 315000）

信息化時代的到來，為無人機航測技術的發展提供了基礎保障。因其具有操作簡單、效率高、成本低等優勢，被廣泛應用在多個領域中，并在不斷應用的過程中得到了新的發展。在工程測量中，無人機航測技術的應用，保障了測量信息的準確性與精度要求，同時，兼顧大面積測量、測量安全性高、測量速度快等要點，推動工程測量領域的發展，具有極大的應用前景，需要工程測量領域加大重視程度。

1 無人機航測技術的優勢

1.1 操作靈活

無人機體型小巧、輕便，相比于其他形式的飛行器，在起落與飛行過程中都具有顯著的優勢，僅需要小塊的平整場地便可完成飛行任務，不需要設置專用的飛行場所；同時，無人機操作簡單，僅需要通過專用的儀器或系統便可實現航測，加上無人機多為低空飛行，受環境因素的影響小，因此更加靈活；另外，無人機的續航能力不斷提升，測量范圍不斷擴大，進一步增強了測量的靈活性。

1.2 測量效率高

傳統的測量模式很容易受外在因素的影響，使得測量結果和測量效率達不到預期要求。而無人機的應用有效解決了這個問題，無論在山區、林區，還是在某些結構復雜的地勢處，無人機航測技術都可以高效、準確地獲取數據信息，為后續工程提供數據支持；另外，隨著科技的進步，無人機航測技術各方面的優勢進一步加大，有利于工程測量更好地進行。

1.3 測量成本低

傳統的工程測量需要投入大量的人力與物力，增加測量成本的同時也無法保障測量質量，同時，相比于其他形式的新型工程測量技術，無人機因其體積和結構的優勢，在造價方面遠低于其他設備，而且在后期維護上的費用也較低。在進行工程測量時，信息采集質量和效率相同的前提下，無人機航測技術的成本投入更低，具有極高的性價比。

1.4 控制測量范圍

就目前來看，無人機航測技術已經比較成熟，對于其他測量技術無法應用的復雜區域，可以通過無人機航測技術進行，并且為了達到良好的測量效果，其可以對測量范圍進行控制，將整片測量區域劃分為多個小區域進行測量，確保測量的準確性。

1.5 數據處理快

無人機航測是一項系統性技術，包含多種高科技設備、系統、軟件等。當無人機采集到數據后，后臺系統或軟件能及時接收并處理數據；或者在無人機航測完成后對數據進行統一的整理與分析，能在較短的時間內得到測繪區域的相關信息，并且具有極高的精確度。

2 無人機航測技術的應用流程

2.1 相關設備的檢查校正

在應用無人機航測技術時，為了保障測量流程的科學性與和倫理性，需要嚴格按照規定要求落實各項工作，首要任務是對相關設備進行全面的檢查校正，確保后續測量工作的有序進行，具體需要注意以下四點內容：

第一，測量人員需要對無人機的運行系統進行全面檢查，主要包括是否存在老舊、破損零部件，是否存在異常運行情況等；第二，測量人員需要檢查攝像機的運行情況，并根據具體的測量工作校正攝像機的清晰度、分辨率等數據；第三，測量人員需要科學確定測量時間，盡可能選擇晴天進行測量，同時需要考慮測量區域的環境問題，最大限度降低環境因素導致的測量誤差；第四，測量人員還需要根據測量要求選定合適的比例尺，確保航測圖像符合與其要求。

2.2 確認測量目標以及空域申請

在上述的基礎上，測量人員需要進一步落實目標確認和空域申請工作：

一方面，測量人員需要明確具體的測量范圍和測量內容，在此基礎上選擇合適的位置當作無人機的起落點，為測量工作的開展奠定基礎；另一方面，我國對各類飛行器有明確的規定，必須滿足相應要求后才能飛行，因此，測量人員需要向相關部門提交空域申請，通過后才能進行測量工作，若未獲得許可，需要按照國家相關要求制定低空飛行方案，明確飛行高度、飛行時間等信息并向有關部門遞交申請。

2.3 航線設計與控制點布設

為了保障無人機航測的質量和效率，測量人員需要根據測量區域的實際情況進行航線設計與控制點布置，具體的工作要點如下：

在進行控制點布設時，測量人員需要將整個工程區域進行合理區分，對不同地點進行定點測量，如每隔一定距離設置一個數據采集點，并根據工程規模確定采集點的數量，尤其針對地勢情況較為復雜的山地、盆地等區域，更需要嚴格進行定點；另外，相比于以往的測量方式，無人機航測可以實現自動或手動布設控制點，能夠顯著提高測量圖像的清晰度，確保了定點測量的專業性。

在進行航線規劃時，需要考慮到無人機的測量效率、飛行高度、飛行速度等一系列參數：測量人員需要根據測量區域的實際情況設計飛行路線，堅持全面、高效的原則，保障航線的科學性；同時，為了保障測量結果的準確性，需要科學設置飛行高度、飛行速度以及不同區域之間的高度差；另外，測量人員需要按照規定要求以及航線方向操作無人機，保障無人機的運行安全性。

2.4 測量數據整理分析

在測量工作結束后，需要對無人機航測的數據進行處理。首先，工作人員需要導出無人機采集的數據并進行整合處理，篩除其中多余、重復、錯誤的數據，最大限度確保數據的準確性；其次，工作人員需要依據預先設定的比例尺對圖像內容進行核對，同時需要根據設定的控制點對圖像內容進行修正，科學的建立坐標系，為后續工作奠定基礎；最后，基于上述數據分析處理的結果，工作人員需要進一步利用三維建模軟件進行三維實景建模，主要內容包括經測區分塊、像對篩選、點云計算、點云構網、紋理映射等，此外，為了保障三維模型的直觀性，需要根據實際情況對模型進行修飾，如水體分布、植被覆蓋等，至此完成無人機航測工作。

3 無人機航測技術的具體應用

3.1 在水利工程中的應用

水利工程在防洪和提高水資源利用率以及調節江川流量方面發揮了重要作用。為了保障水利工程項目的穩定與安全，需要獲得并分析相關數據，并依據分析結果指導后續的水利工程施工，這就給無人機航測技術的應用提供了途徑：

在應用無人機航測技術時，測量人員需要依據水利工程的具體規模，確定出無人機測量過程中的停留點位的位置，之后依據這些點位進行測量航線的規劃，確保無人機能夠高效、快速地完成整片區域的測量。若測量區域地勢起伏較大則容易出現測量誤差，此時需要在測量區域設置控制點，在此基礎上，設計無人機的飛行高度、拍攝方向等，將誤差控制在合理的范圍之內；若想要進一步提升測量準確性，測量人員需要根據水利工程的實際情況，測量出無人機的飛行速度、畫面分辨率等。在完成上述測量步驟后，需要對測量數據進行整合與分析，依據控制點合理的建立坐標系，這樣能夠建立水利工程的三維模型，通過對模型的分析能夠發現水利工程運行過程中存在的問題，實現水利工程質量的提升。

3.2 在污水處理工程中的應用

就目前來看，我國的水污染情況較為嚴峻，出現各種水體污染問題，在一定程度上阻礙了我國經濟與社會的發展。因此，檢測水體污染的情況，尤其是水體中藍藻的含量對污水處理工程具有重要意義，可以通過無人機航測技術解決這一問題。

在應用無人機航測技術進行污水治理時，測量人員需要勘測污染水域的實際情況，并根據污水水域面積、形狀等科學的設置測試點用以檢測水體中藍藻的含量，這樣能夠保障無人機航測不受環境、地形等外在條件的影響；在進行測量的過程中，利用無人機攜帶的高清攝像機對測量區域進行拍攝，之后將數據傳輸給后臺處理系統，能夠幫助相關人員明確水中藍藻的實際含量，為污水治理工程提供數據支持。另外，在利用無人機航測技術進行污水處理工程的測量時，為了保障數據的準確性，需要通過自動測量與人工調整相結合的方式對攝像機的鏡頭進行定焦，找到畸變與焦距的關系特點，確保水體污染測量數據的準確性。

3.3 在城市規劃中的應用

在城市規劃測量的過程中，使用無人機航測技術能夠明顯改善測量平差規定限差值和外業測量觀察值的符合度，同時，無人機航測技術的應用極大地提高了城市規劃的測量精度，減少了建筑分布規律和數據分布特征之間的誤差，具體的應用要點有以下幾點：

首先，在城市化推進的過程中，數據采集的質量關系到城市規劃的效果，此時應用無人機航測技術，能夠對城市的地形、區域分布等數據進行精確采集，在此基礎上進行分析能夠保障城市規劃的科學性與合理性。在進行某些特定區域的測量時，相比于城市整體規劃，其測量面積要小得多，此時應用無人機航測技術能夠實現全方位、多角度的信息采集，同時，由于該過程使用傾斜測量的方式，為了保障測量的準確性，需要科學選擇傾斜角度。

3.4 在礦山測量中的應用

礦山領域的發展決定我國礦產資源的使用情況，而礦產資源又是經濟發展的重要推動力，因此，需要充分做好礦產資源的開發與管理工作。于是將無人機航測技術應用到礦山測量中，為我國礦山行業健康、持續的發展提供了保障。

在進行礦山開采之前，可以利用無人機航測技術對礦山的地質進行全面測量，找到最佳開采位置，能夠有效降低礦山開采對其他領域的影響并保障礦山開采的質量和效率。在進行礦山治理時，可利用傾斜測量的方式獲取礦山區域的實際情況，在此基礎上結合治理標準有效推動了礦山治理工作的落實。另外，通過對無人機航測采集數據的分析與處理可以得到礦山區域的三維模型，將礦山的實際情況直觀地展現出來，在此基礎上進行災害預警、綜合治理等有效保障了礦山行業的發展。

3.5 在災害救援中的應用

我國地大物博，因此會出現不同類型的自然災害。為了降低自然災害造成的損失，需要提高災害救援的效率，這就要求必須在極短的時間內完成災害發生區域的測繪工作，而無人機航測技術的優勢正在于其測量的高效性與準確性。通過無人機進行空中多角度拍攝，能夠快速獲取災害區域的地形信息并以影像資料的方式呈現出來，能夠幫助救援人員分析災害發生的強度、范圍等，之后制定針對性的救援方案，將各方面損失降到最低。

以常見的地震為例。我國地震災害多發生在西南地區和西北地區，環境相對復雜、惡劣，依靠其他測量方式很難達到預期的測量效果，而無人機航測能夠實時獲取災害區域的影響，以此指導后續救援工作的高效進行，有效提高了災害救援工作的質量。

3.6 在其他工程中的應用

除了上述的工程應用外，無人機航測技術在以下工程中也有廣泛的前景。

首先，在特殊地形測量工程中，若堅持以往的測量方式，不僅會投入大量的人力與物力，還會對測量人員的人身安全以及數據準確性造成影響。于是相關單位積極引入了新型測量技術如遙感技術、GPS測量技術等，其中，無人機航測技術因其操作簡單、成本低的優勢應用最多。其次，在土地開發管理工程中，為了保障資源整治、土地規劃的合理性，需要對開發區域進行全面測量，可通過GIS技術、GPS技術、遙感技術、數字化測圖技術等進行，其中，無人機航測技術引起時效性高、測量準確等優勢，為土地開發管理工作提供了極大的便利。最后，在國土調查工程中，為了保障調查工作的有序進行，需要通過無人機航測科學的設計調查路線，避免了重復調查問題，同時，無人機航測能夠準確采集國土數據，極大地簡化了國土調查流程。

4 結束語

綜上所述，時代的進步推動無人機航機技術的發展，因其具有操作靈活、測量效率高、測量成本低、控制測量范圍、數據處理快等優勢，被廣泛應用在水利、污水治理、城市規劃、礦山測量、災害救援等工程的測量工作中，有效彌補了傳統測量方式存在的缺陷，同時也推動了測量技術的革新。因此，工程測量需要加大對無人機航測技術的重視，不斷發展無人機航測技術以發揮其最大的價值。