工程測繪中無人機遙感測繪技術的應用

張曉，王韻程

（山東衛測地理信息科技有限公司，山東 濱州 251900）

工程測繪具有嚴謹、費時、工作量大的特征。單靠人工進行工程測繪不僅費時、費力，而且容易影響工程的測繪效果。在信息技術、計算機技術、遙感技術等快速發展的背景下，無人機遙感測繪技術出現在工程測繪領域。現如今，已經依托無人機遙感測繪技術取得了豐富的工程建設成果。可見，無人機遙感測繪技術對于優化工程建設具有不可或缺的意義。因此，更加需要重視無人機遙感測繪技術，科學將無人機遙感測繪技術應用在工程測繪中，便于保證工程建設水平。

1 無人機遙感系統組成

無人機遙感技術一經出現，就受到了諸多人的關注。從目前現狀來看，我國研究人員正積極開發無人機遙感技術，不斷強化無人機遙感技術性能。為進一步了解無人機遙感技術，有必要研究無人機遙感系統。研究發現，無人機遙感系統主要由以下7大部分組成。

（1）飛行平臺。飛機的機體、供電、傳感器、導航器和推進設備等是飛行平臺的重要組成部分。用于無人機的飛機總重量、飛行速度控制、續航能力、抵御風能力等應當達到相應標準，否則，就不應該用于飛行。無人機（航空攝影測量）基本參數要求見表1。

表1 無人機（航空攝影測量）基本參數要求

（2）飛行導航與控制系統。飛行導航，即GPS接收機，在GPS接收機的作用下，就可以確保無人機按照正確的方向飛行，避免偏離目標。轉速傳感器和IMU/GPS系統是飛行控制系統的重要組成部分，影響著飛機飛行的穩定性、安全性。飛行控制系統在無人機飛行過程中發揮著重要作用，因此，一定要不斷提升飛行控制系統的性能。

（3）遙感設備。高分辨率數碼相機、多光譜成像儀、合成孔徑雷達、紅外掃描儀等屬于遙感設備。在遙感設備的作用下，就可以使飛機在飛行狀態下獲得圖像信息。遙感設備的性能影響著無人機應用目標的達成情況，所以要確保遙感設備的性能。為保證無人機的應用效果，必須提前檢查其傳感器，保證遙感器能夠正常使用。

（4）任務規劃與控制站。地面控制站是無人機遙感系統控制的中心，實時處理和顯示飛機在執行任務中所采集的數據。另外，控制人員還會在地面控制站監控飛機飛行，防止飛機在執行任務的過程中出現問題。

（5）數據后處理系統。在飛機執行任務的過程中會實時采集數據，由于飛機飛行狀態并不能夠總是與地平行，因此，所采集的數據與實際數據存在一定的偏差。在數據后處理系統的作用下，就可以修正所采集的數據，確保數據的準確性、可靠性。

（6）通信系統。通信系統是用于數據交換與傳輸的系統。在通信系統的作用下，就可以保證通信質量，提高數據交換與傳輸水平。當前，我國不斷地升級通信系統，希望有效發揮通信系統的功能。

（7）發射與回收系統。發射系統是用于飛機起飛的系統，在發射系統的作用下，飛機就可以在起飛時獲得助力，從而進入常規飛行狀態。回收系統是在飛機完成任務后能夠安全著陸的系統。發射系統是在無人機飛行初始環節中發揮著重要作用，而發射系統在無人機飛機最終環節中發揮著重要作用。

2 無人機遙感測繪技術應用規范

2.1 提出任務

相關人員提出無人機遙感測繪任務，明確測繪目標，確定測繪區域地點、范圍、內容等，而測繪人員則接受任務，依據相關要求、規范，構建完善的測繪方案，制定合理的測繪計劃，為無人機遙感測繪技術的高效應用奠定基礎。

2.2 航線設計

航線設計水平影響著無人機遙感測繪任務的完成水平、飛行安全等。在飛行作業前，有必要科學設計航線。航線設計的方法如下介紹：（1）基于目標快速定位的航線設計。在設計航線時，應先了解飛行目標，清楚飛行高度，再確定航線。這樣不僅可以保證飛行效率，而且可以有效完成飛行任務。（2）基于區域影像獲取的航線設計。無人機遙感測繪任務包括測繪范圍，對于無人機來講，其就需要完成區域范圍內的測繪任務。航線設計是獲得可靠測繪數據的關鍵，所以要注重基于區域影像獲取范圍、要求，設計航線。其中，需要計算航帶間距、飛行高度以及航帶數目、長度等，以此提升航線設計水平。（3）回收航線設計。傘降回收、阻攔回收是常應用的無人機回收方法。在回收無人機中，要提前設計回收點，方便回收。為盡可能地保證回收安全，提高對回收問題的處理水平，還需要設計應急回收點。一般而言，應急回收點應當超過3個。

2.3 申請空域

測繪人員在執行無人機遙感測繪任務前，需要向空域管理部門申請空中作業飛行許可證，防止在飛行作業中與其他飛機發生事故。在申請通過后，才可以執行任務，反正則不能夠執行任務。由此可見，申請空域也是執行飛行任務的不可或缺的環節。申請空域對于保障飛行安全具有重要意義。

2.4 飛行作業

飛行作業即無人機執行任務，為提高飛行作業水平，有必要把握飛行作業要點。（1）依據工程測繪方案，確定測區位置，了解測區天氣狀況。微風或無風且光照充足的天氣適合飛行。如果天氣情況符合飛行作業標準，就可以飛行，否則，就不可以飛行。在飛行作業中不僅需要注重天氣情況，而且需要控制飛行時間。一般而言，上午10點至下午2點是比較適合飛行作業的時間。（2）組裝無人機，保證飛行安全穩定；調試地面系統，便于執行測繪任務；連接無人機與地面系統，發揮地面系統對無人機監控作用。（3）設置地面系統相機參數、航線等，為順利完成測繪任務提供可靠的保障。（4）操作地面系統，以完成對無人機起飛方式、航線飛行、圖像數據采集等控制工作。在采集了圖像數據后，就需要將其傳輸到地面系統。（5）在飛行的過程中，有時并沒有按照原設定的方式采集圖像數據，這時地面控制人員就要根據測繪任務執行情況，調整航行路線。在這種情況下，無人機就可以補拍測繪區域圖像，從而真正地完成測繪任務。（6）在無人機完成測繪任務后，就需要返航，降落到地面。（7）檢查無人機采集的圖像數據，如果所采集的圖像數據符合相關標準規范，符合測繪任務要求，就需要加工、分析這些數據信息。否則，就需要安排時間，執行飛行任務，以便獲得有效的圖像數據信息。

2.5 遙感影像處理

在獲得遙感影像后，還需要對遙感影像進行處理，以此發揮遙感影像價值，為工程測繪、工程建設提供依據。遙感影像處理的要點如下：首先，對圖像數據進行預處理，即將圖像數據轉化為后期處理所需的格式數據文件，保證后期處理效率。其次，將上一步驟處理的數據進行加密。航帶法、光束法常被應用在數據加密中。其中，航帶法優點為計算速度快，不過準確度不太高；光束法計算機精度高，但是計算速度慢。相關人員可以根據實際需求選擇航帶法、光束法加密數據。最后，進行DEM、DOM制作。通過自動匹配生成DSM，濾波后生成DEM，經數字微分糾正、數字鑲嵌后，可生成數字正射影像（DOM）。為保證遙感影像處理效果，一定要按照相關規范處理遙感影像。

3 無人機遙感測繪技術在工程測量中的應用案例分析

3.1 測區概況

本項目需對公路進行測繪，以輔助公路設計選線，成圖比例尺為1:1000。測繪區域位于市區北，而測區分類、區域、范圍，見表2。測區主要為農區，地物簡單、居民地少，但是植物茂盛，并且植物生長范圍廣、面積大。測試當天天氣狀況好，利于執行測繪任務。

表2 測區范圍

3.2 無人機遙感測繪設備

在工程測繪中應用無人機遙感測繪設備有助于提高測繪效率，獲得真實、可靠的圖像數據。因此，本次在工程項目測繪工作中就使用了無人機遙感測繪設備。其中，選用IRSA-II型油動無人機+Nikon D800數碼單反相機，而無人機則采用了二沖程發動機。通過合理選擇無人機遙感測繪設備，就容易起到事半功倍的測繪效果。

3.3 無人機遙感測繪作業

（1）航線敷設。測區呈帶狀分布，無人機沿著帶狀的線路飛行即可。在無人機飛行前，做好了起降場地的選擇工作。即做好了航線敷設方面以及無人機起降方面的工作。在完成測區圖像攝影任務后，需要檢查圖像質量。其中，需要從一般航向重疊、一般旁向重疊、測區成圖面積、實際航飛面積、影像目視效果等角度檢查圖像質量。經過檢查與分析，該無人機攝影質量符合相關依據，有助于實現測繪目的，因此不用補飛。

（2）外業航攝測量。在無人機遙控起飛至200m高度后切換為地面站自駕模式。在本次項目中共飛行法了4個架次，獲得了符合相關標準規范的影像數據。

（3）外業像控測量。在本項目中，沿著測區周邊、內部以5～6條攝影基線均勻布設，共布設像控77個，人工鋪設地標、GPS-RTK測量。

（4）外業質量檢查。經過檢查發現，影響清晰、色差色調適中，有助于為公路設計選線提供科學依據。另外，影像地面的分辨率為0.10m（最大不超過0.12m），航向、旁向重疊度平均為73%、74%。此外，像控點滿足1:1000像控測量精度要求。總而言之，外業質量檢查合格，圖像數據資料具有實際應用價值。

3.4 內業數據信息處理

設備配置是內業數據信息處理的基礎，內業處理流程則是內業數據信息處理的依據，本次主要從設備配置、內業處理流程兩個角度研究了本項目中涉及的內業數據信息處理事項。

（1）設備配置。設備的性能影響著測繪效果，在本次項目中主要應用了來自武漢適普軟件有限公司的軟件、設備。所應用的設備類型以及數量具體如下介紹：數據工作站1臺；空三加密軟件2套；數據編輯軟件5套；高配置計算機5臺。通過將這些軟件與設備應用在本次測量工作中，就可以更好地確保公路路線選擇效果。

（2）內業處理流程。該項目的業務處理流程包括數字航空影像、自動空中三角測量、定向、橫線影像生成、影像自動匹配吧、等視差曲線編輯、DEM的生成、DEM拼接、等高線生成、DEM裁切、DEM接邊、檢測、成果檢查整理及驗收等多個流程。在內務處理流程中，成果檢查整理及驗收是最后一步。在本次項目中，測區DOM、DEM數據質量符合相關規范標準。所以，成圖精度高，可以被作為公路路線選擇依據。

4 結語

綜上所述，無人機遙感測繪技術對于推動工程建設事業發展具有重要作用。當前，無人機遙感測繪技術已經進入一個新的發展階段，大大提升了應用價值。現如今，無人機遙感測繪技術常被應用在工程測繪中。經過使用無人機遙感測繪技術，工程測繪的成本逐漸降低，測繪質量不斷提高。所以，無人機遙感測繪技術更是得到了人們的廣泛關注。為進一步強化無人機遙感測繪技術應用效果，有必要考慮各種與測繪工作相關的要素，構建完善的工程測繪規劃，科學利用無人機遙感測繪技術完成測繪任務，進而為工程建設提供真實、全面的信息依據，從而提高工程的建設質量。