輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

王哲

摘 要：國(guó)家在發(fā)展，科技在進(jìn)步，無(wú)人機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用。作為新生代科技產(chǎn)高端產(chǎn)物之一，輕小型無(wú)人機(jī)搭乘傳感器用于航攝，降低人為高空作業(yè)的難度系數(shù)，為拍攝工作帶來(lái)更多便利，在地理信息繪制工作中也常用到輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)。雖說(shuō)近幾年來(lái)輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展態(tài)勢(shì)不錯(cuò)，但其中還是存在一些問(wèn)題等待商榷，因此，輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)值得大家關(guān)注。

關(guān)鍵詞：輕小型無(wú)人機(jī)；航攝技術(shù)；質(zhì)量檢查；像控測(cè)量；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）24-0214-02

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，輕小型無(wú)人機(jī)已經(jīng)有了明顯的突破和進(jìn)展，其主要表現(xiàn)在遠(yuǎn)程操作精準(zhǔn)度越來(lái)越高，飛行時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，任務(wù)完成質(zhì)量上也有明顯提高，因此在測(cè)繪行業(yè)的被認(rèn)可度極高，有著良好的發(fā)展前景。首先，與載人機(jī)相比較，無(wú)人機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)在于機(jī)動(dòng)性，因?yàn)檩d物量少所以飛行速度遠(yuǎn)高于載人機(jī)；其次，無(wú)人機(jī)不受惡劣天氣和環(huán)境的影響，提高了工作效率；第三，價(jià)格優(yōu)勢(shì)，購(gòu)置費(fèi)低于載人機(jī)，且不需要人來(lái)乘坐，大大提高了操作人員的安全性。

1 輕小型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)介紹

1.1 輕小型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)組成

所謂輕小型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)一般是由系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件兩部分組成。其中系統(tǒng)軟件主要包括：影像獲取前的航線設(shè)計(jì)軟件、影像獲取后的航攝質(zhì)量快速檢查軟件、影像快速預(yù)處理軟件四部分。而系統(tǒng)硬件則包括：飛行平臺(tái)、載荷傳感器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面運(yùn)輸與保障系統(tǒng)六個(gè)部分[1]。

1.2 輕小型無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)基本流程

和傳統(tǒng)的航攝存在一定的相同之處也存在明顯的不同，輕小型無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)和以往航攝的相同之處主要在于，二者都需要進(jìn)行航線的設(shè)計(jì)、需要進(jìn)行航攝飛行、需要進(jìn)行質(zhì)量檢查、若是有必要都需要進(jìn)行補(bǔ)飛或者是重飛，都需要進(jìn)行相控測(cè)量[2]。兩者的不同之處在于進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝航線設(shè)計(jì)的時(shí)候，不需要考慮地球曲率所存在的變化，因?yàn)槠涿娣e較?。缓綌z質(zhì)量檢查不需要沖印成相片，可以直接在航攝現(xiàn)場(chǎng)完成；若是環(huán)境比較特殊，那么首先需要進(jìn)行全區(qū)域快速鑲嵌圖的設(shè)置，比如在離大陸距離較遠(yuǎn)以及在青藏高原上進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)便必須將快速拼圖運(yùn)用進(jìn)去，來(lái)輔助進(jìn)行控點(diǎn)的布置和設(shè)置，通過(guò)電子像片來(lái)進(jìn)行刺點(diǎn)[3]。

1.3 輕小型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

輕小型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)有點(diǎn)主要體現(xiàn)于其作業(yè)機(jī)動(dòng)靈活，不需要設(shè)置專業(yè)的起降機(jī)場(chǎng)，飛行操作簡(jiǎn)單易學(xué)，不需要大量的地面保障人員；比較適合用于面積比較小的區(qū)域進(jìn)行遙感影像的獲?。豢梢蚤_(kāi)展低空云層的飛行攝影，并且影像的分辨率也會(huì)有明顯的提高；獲取成本低，一般是傳統(tǒng)航空攝影的二十分之一，其單次使用成本約為傳統(tǒng)航空攝影的十分之一。

而缺點(diǎn)主要體現(xiàn)于：由于體積小、重量輕，所以工作中容易受到風(fēng)力影響，這會(huì)直接導(dǎo)致旁向重疊度以及航向重疊度的規(guī)則程度不夠；在進(jìn)行地形圖測(cè)制的時(shí)候，由于影像本身的旋轉(zhuǎn)偏角比較大，這也會(huì)給測(cè)圖工作本身的效率以及精度造成較大的影響，其本身便是小像幅航空攝影，單張影向的像幅比較的小，并且像對(duì)多，這也會(huì)導(dǎo)致測(cè)控以及業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)處理相關(guān)的工作量比較大。

2 輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀分析

飛行平臺(tái)、載荷傳感器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面運(yùn)輸與保障系統(tǒng)以及地面監(jiān)控系統(tǒng)是輕小型無(wú)人機(jī)航攝的六個(gè)重要組成部分[4]。設(shè)計(jì)航行路線是使用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的第一步，確保無(wú)人機(jī)能夠在規(guī)定好的范圍內(nèi)進(jìn)行拍攝工作。第二步則是搭乘相關(guān)的器材來(lái)航攝飛行，在通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝的時(shí)候，需要進(jìn)行人文的監(jiān)控，從而確保航攝工作能夠進(jìn)行的比較順利。雖說(shuō)無(wú)人機(jī)可以在各種地區(qū)的航攝工作中靈活運(yùn)用，但風(fēng)力這種非人為性阻力會(huì)給其運(yùn)作造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)航攝影響的傾角比較大，從而給精度造成影響，最終導(dǎo)致拍攝出的視頻清晰度差。

目前國(guó)內(nèi)的無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)主要在航空攝影中應(yīng)用。在進(jìn)行紀(jì)錄片拍攝的時(shí)候，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)能夠全面廣角式的拍攝拍攝對(duì)象。比如在拍攝長(zhǎng)城時(shí)，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)拍攝出的效果也會(huì)往往比較好，能夠呈現(xiàn)長(zhǎng)城的宏偉壯觀、具有歷史性的美景。但由于其續(xù)航時(shí)間比較短，很難長(zhǎng)期進(jìn)行拍攝。而且，在同一領(lǐng)域只支持一架無(wú)人機(jī)單獨(dú)進(jìn)行航攝工作，這就大大降低了無(wú)人機(jī)的工作效率。

搭乘傳感器幅面小也是無(wú)人機(jī)航攝中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題之一。目前所使用的無(wú)人機(jī)航攝搭乘的單反數(shù)碼相機(jī)像素基本都低于四千萬(wàn)，這也是影響無(wú)人機(jī)航攝攝像精度的最大原因。由于無(wú)人機(jī)的構(gòu)造問(wèn)題，在航攝工作中無(wú)法減震導(dǎo)致攝影影響可能會(huì)出現(xiàn)虛影模糊的狀況，給像點(diǎn)坐標(biāo)的兩側(cè)精度帶來(lái)一定的影響[5]。傳感器對(duì)無(wú)人機(jī)航攝的作用也非常大，多數(shù)無(wú)人機(jī)航攝的傳感器都是使用數(shù)碼相機(jī)，只有極少部分搭乘了視頻攝像機(jī)和多光譜線機(jī)。雖說(shuō)數(shù)碼相機(jī)也能達(dá)到一定的航攝效果，一旦遇到云霧等惡劣天氣，其航攝效果就會(huì)收到嚴(yán)重影響。

3 輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)中存在的問(wèn)題

3.1 航攝效率偏低

飛行平臺(tái)續(xù)航時(shí)間較短、搭載傳感器像幅小、同空域只能單一作業(yè)是導(dǎo)致輕小型無(wú)人機(jī)航攝效率低的三大原因。與傳統(tǒng)航空攝影相比，用戶對(duì)輕小型無(wú)人機(jī)航攝的評(píng)價(jià)基本都是航攝效率偏低，這也是制約其發(fā)展的主要原因之一。

3.2 影像處理成果精度不高

輕小型無(wú)人機(jī)主要選用搭載135型數(shù)碼相機(jī)，選擇它的原因主要在于135型數(shù)碼相機(jī)不帶后背，其體積較小，減輕了重量。隨著科技產(chǎn)品的更新?lián)Q代，高性能的135數(shù)碼相機(jī)比比皆是，其功能基本都可以滿足遙感測(cè)繪的基本需要。但是，以往的無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)很少有人考慮成圖精度的影響，只是一味地追求大像幅以增大地面覆蓋，而這正是航測(cè)應(yīng)用的關(guān)鍵。

下面根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出三點(diǎn)造成無(wú)人機(jī)影像成果高程精度不高的原因：第一，輕小型無(wú)人機(jī)數(shù)碼相機(jī)的基高比較小，只有傳統(tǒng)大型航空攝影數(shù)碼相機(jī)基高的70%左右；第二，由于小型數(shù)碼相機(jī)沒(méi)有像移補(bǔ)償裝置，在空中容易受順風(fēng)影響，出現(xiàn)地速過(guò)快產(chǎn)生影像拖尾的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了像點(diǎn)量測(cè)精度。第三，無(wú)人機(jī)一般是用海綿，橡膠以及軟質(zhì)的泡沫等來(lái)減震，并且小型數(shù)碼相機(jī)本身的震動(dòng)也比較大，僅僅依靠這種方式很難達(dá)到相關(guān)的預(yù)期，數(shù)碼相機(jī)受到的影響也會(huì)比較大，精度也會(huì)受到影響。

此外，無(wú)人機(jī)所搭載的數(shù)碼相機(jī)大多數(shù)并非是量測(cè)型，影像徑向、切向畸變較大，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢校后才能使用，因此相機(jī)的檢校參數(shù)成為影響高程精度的主要原因[6]。

3.3 輕小型無(wú)人機(jī)航攝監(jiān)管缺乏有效手段

當(dāng)前，我國(guó)還沒(méi)有根據(jù)需要來(lái)制定相關(guān)的規(guī)定來(lái)對(duì)航空攝影作業(yè)、無(wú)人機(jī)生產(chǎn)進(jìn)行制約和管理，除了航空院校、航空集團(tuán)等一些軍事單位的無(wú)人機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)所處的狀態(tài)處于監(jiān)控之中，后來(lái)進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域中的民企、科研院所等所處的狀態(tài)則是自我監(jiān)控[7]。正因?yàn)闆](méi)有相關(guān)的管理?xiàng)l例對(duì)無(wú)人機(jī)的研制、生產(chǎn)和使用方面進(jìn)行制約，才會(huì)出現(xiàn)如今這種無(wú)人機(jī)“滿天飛”的局面。當(dāng)遇到自然災(zāi)害需要應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)，天空中就會(huì)出現(xiàn)各種單位研制的各種無(wú)人機(jī)比較的雜亂。所以，國(guó)家應(yīng)該將相關(guān)的資源調(diào)查清楚，并根據(jù)實(shí)際情況和需要來(lái)進(jìn)行管理規(guī)范的制定。

4 輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 解決航攝效率的問(wèn)題

當(dāng)前制約輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)發(fā)展的原因之一是航攝效率低。只有解除影響航攝效率的三大問(wèn)題：研制新型傳感器、升級(jí)飛行平臺(tái)、讓多架無(wú)人機(jī)可以同時(shí)作業(yè)測(cè)控與任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，才能使輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的發(fā)展步入正軌。

4.2 解決外業(yè)工作的有關(guān)問(wèn)題

輕小型無(wú)人機(jī)航攝外業(yè)工作量大，也是制約輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一[8]。在某些測(cè)圖困難地區(qū)（草原、沙漠、深山荒野）實(shí)施測(cè)繪工作時(shí)，采用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)就會(huì)受到像控點(diǎn)選點(diǎn)難、施測(cè)難的限制，直至目前為止仍未得到很好的技術(shù)解決措施。那么如何才能減少無(wú)人機(jī)影像外業(yè)像控點(diǎn)數(shù)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)控制測(cè)圖，將是無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。

4.3 解決應(yīng)用單一的問(wèn)題

為了解決當(dāng)前無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)應(yīng)用比較單一的情況，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品，將其應(yīng)用領(lǐng)域真正的拓寬，其也是無(wú)人機(jī)更好的發(fā)展的方向[9]。

4.4 解決目標(biāo)監(jiān)控難、管理難的問(wèn)題

將無(wú)人機(jī)飛行控制技術(shù)和當(dāng)前已經(jīng)較為成熟的北斗技術(shù)結(jié)合在一起，從而逐步實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航。通過(guò)調(diào)查和研究可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些科院和企業(yè)在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究，也就是利用北斗短報(bào)文通信技術(shù)來(lái)接受飛行諸元，并且做好相關(guān)的遠(yuǎn)程監(jiān)控工作。并且若是遇到緊急情況，可以根據(jù)需要來(lái)切換，從而達(dá)到雙向保險(xiǎn)的目的，切實(shí)提高其安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

如今在倡導(dǎo)科技創(chuàng)新的環(huán)境下，無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)將有更廣闊的發(fā)展前景，并被廣泛應(yīng)用于地圖信息測(cè)繪工作中。無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)獨(dú)具特點(diǎn)，想必未來(lái)還會(huì)有更大發(fā)展空間。但是現(xiàn)在而言，無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)存在的問(wèn)題較多，這些問(wèn)題的存在也給無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)更好的發(fā)展造成了制約。因此，在未來(lái)的發(fā)展中更多的是去解決這些問(wèn)題，只有這些問(wèn)題真正得到有效解決，才能使無(wú)人機(jī)得到更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，更高效的為航攝工作服務(wù)。

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