試論無人機(jī)航測(cè)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

羅海峰

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，大比例尺地形圖測(cè)繪范圍也越來越廣泛，文章主要從無人機(jī)航測(cè)的優(yōu)勢(shì)出發(fā)對(duì)大比例圖形測(cè)繪進(jìn)行分析，并探討無人機(jī)航測(cè)在其中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)航測(cè)；大比例尺；地形圖測(cè)繪；地形測(cè)繪

無人機(jī)航空攝影測(cè)量是一種新型高效的低空遙感影像獲取技術(shù)，具有響應(yīng)迅速、機(jī)動(dòng)性高、使用便捷、危險(xiǎn)區(qū)域成圖、受空域管制和天氣的影響較低、適應(yīng)不同測(cè)區(qū)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是衛(wèi)星遙感和大飛機(jī)航空攝影的有力補(bǔ)充。POS輔助空中三角測(cè)量是將全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）組合而成的定位定姿系統(tǒng)引入到航空攝影測(cè)量中，利用動(dòng)態(tài)差分GNSS技術(shù)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)定攝影瞬間的位置與姿態(tài)，經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)后處理，獲得影像在攝影瞬間的外方位元素，使攝影測(cè)量野外工作量大大減少，甚至完全免去地面控制點(diǎn)。

一、大比例尺圖形測(cè)繪方式

傳統(tǒng)大比例地形圖測(cè)繪方法是依照測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)圖分析，確定地形地貌基本特征，明確實(shí)際空間位置，明確圖形要素，然后再利用全站儀或者RTK單獨(dú)作業(yè)模式碎步測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。最后將采集的地物坐標(biāo)，地形特征點(diǎn)坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī)，按照一定的比例標(biāo)準(zhǔn)繪制成圖形，對(duì)點(diǎn)、線、面狀地物按照標(biāo)準(zhǔn)上符號(hào)，并按標(biāo)準(zhǔn)制圖分幅，打印輸出。測(cè)繪過程中，需要根據(jù)大小，位置進(jìn)行測(cè)定，確定大小、伸縮變形程度。這些問題如果處理不及時(shí)，會(huì)直接影響圖紙測(cè)繪的效果和比例標(biāo)準(zhǔn)。另外，儀器陳舊、工序復(fù)雜、人員素質(zhì)、質(zhì)量管理不足等都直接影響大比例圖形的精度。采用全方位的誤差分析，按照測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確的判斷誤差問題，分析測(cè)繪的區(qū)域面積，地形復(fù)雜水平，環(huán)境的惡劣情況，確定有效的測(cè)繪方式。傳統(tǒng)大比例尺地形圖測(cè)繪工作強(qiáng)度大，實(shí)測(cè)人員素質(zhì)要求較高，而且作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，工作量大。采用無人機(jī)攝影方法的測(cè)量，靈活機(jī)動(dòng)，航攝條件寬松。解決了面積不太大測(cè)區(qū)情況下傳統(tǒng)大比例尺工作時(shí)間長(zhǎng)，精度不足的問題，降低經(jīng)費(fèi)的同時(shí)，節(jié)約了成本，提升測(cè)繪工程效率。

二、現(xiàn)代航測(cè)航空攝影測(cè)量特點(diǎn)

所謂航空攝影測(cè)量，主要是以飛機(jī)或者是其他飛行設(shè)備為基礎(chǔ)，安裝航攝儀器，提前制定好飛行路線，其中配備的航攝儀器可以對(duì)遙感影像進(jìn)行連續(xù)獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)航攝有效區(qū)域的影像獲取。之后，工作人員可以利用攝影測(cè)量工作站，通過控制測(cè)量，利用相片聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密，構(gòu)建三維立體采集等工作內(nèi)容，最終呈現(xiàn)出不同形式的地圖產(chǎn)品。站在實(shí)際工作角度來說，航空攝影測(cè)量作業(yè)主要涉及兩部分內(nèi)容，即航測(cè)外業(yè)和航測(cè)內(nèi)業(yè)。其中，航測(cè)外業(yè)主要進(jìn)行像片獲取、像片控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)等工作[2]。內(nèi)業(yè)作業(yè)主要是處理得到的影像，以及三維立體數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)編輯等內(nèi)容。采用飛機(jī)運(yùn)載航攝儀進(jìn)行航測(cè)也有很多限制，例如危險(xiǎn)區(qū)域成圖很難獲取數(shù)據(jù)，受空域管制申請(qǐng)空域周期長(zhǎng)，受天氣的影響在一定飛行高度下影像數(shù)據(jù)不合格等不利因素，飛機(jī)的租用受限制多，價(jià)格昂貴，小面積的測(cè)區(qū)大比例尺航測(cè)成圖用這種方式成本過高。

現(xiàn)階段的無人機(jī)攝影技術(shù)相比以往的航空航天攝影測(cè)量，在數(shù)據(jù)精度與可操作性上得到了提升，通過無人機(jī)飛行器，測(cè)量人員能夠及時(shí)轉(zhuǎn)變測(cè)量角度，通過操控?zé)o人機(jī)，得到自己想要的數(shù)據(jù)信息。與此同時(shí)，利用無人機(jī)還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集三維模式建模影像數(shù)據(jù)的技術(shù)要求，在采集地形、地物信息的基礎(chǔ)上，對(duì)地面起伏、地物紋理和地形空間等信息進(jìn)行整理，促使三維立體模型能夠盡快建立起來。無人機(jī)攝影測(cè)量有效的彌補(bǔ)了航空攝影測(cè)量的一些缺點(diǎn)，具有低空作業(yè)、靈活機(jī)動(dòng)，使用便捷，成本低的特點(diǎn)，可以有效補(bǔ)充和解決航空攝影測(cè)量存在的問題。但是存在太大面積測(cè)區(qū)的無人機(jī)測(cè)量不太便利，續(xù)航能力差、飛行穩(wěn)定性差，小像幅內(nèi)業(yè)采集加密難，航片數(shù)較多等問題。

三、無人機(jī)航測(cè)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

（一）測(cè)量區(qū)域分析和航拍設(shè)計(jì)

要利用無人機(jī)無人機(jī)攝影技術(shù)進(jìn)行大比例地形圖的測(cè)繪，首先需要進(jìn)行測(cè)區(qū)設(shè)計(jì)，大體掌握測(cè)量區(qū)域范圍和基本情況，合理設(shè)計(jì)航拍過程與航拍路線，全方位采集地形信息。無人機(jī)需要通過航拍對(duì)地形信息進(jìn)行采集，如果操作人員對(duì)地物、地形沒有基本位置掌握，很容易在信息收集過程中發(fā)生意外，甚至損壞無人機(jī)。另外，測(cè)量人員還要了解測(cè)量區(qū)域的坐標(biāo)參數(shù)、控制點(diǎn)情況、測(cè)量區(qū)域面積，根據(jù)實(shí)際需要布置傳感器，調(diào)整分辨率，設(shè)計(jì)合理的航拍路線。

（二）地面站控制系統(tǒng)

在地面控制系統(tǒng)構(gòu)建上，主要內(nèi)容包括數(shù)傳電臺(tái)、地面站軟件以及計(jì)算機(jī)三方面。站在實(shí)際工作角度來說，控制系統(tǒng)在飛行數(shù)據(jù)和定位信息獲取上，主要是借助于控制軟件的實(shí)時(shí)顯示，在獲得飛行數(shù)據(jù)和坐標(biāo)內(nèi)容同時(shí)，還能通過計(jì)算機(jī)地面軟件系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)出飛機(jī)飛行的實(shí)時(shí)參數(shù)和航線，對(duì)無人機(jī)的飛行進(jìn)行遙控指揮。通過上述操作，整個(gè)無人機(jī)的自動(dòng)駕駛能力也會(huì)得到進(jìn)一步強(qiáng)化，工作人員可以在其系統(tǒng)之中事先輸入好飛行軌跡，確保其航線飛行任務(wù)的自動(dòng)執(zhí)行，只有這樣，才能讓航跡任務(wù)得到有效更改。

（三）像控點(diǎn)的設(shè)置

在無人機(jī)航測(cè)過程中，像控點(diǎn)的設(shè)置會(huì)使航測(cè)成圖質(zhì)量受到影響，選擇相對(duì)適宜的控點(diǎn)，可以穩(wěn)步提升航測(cè)成圖精度，否則成圖質(zhì)量會(huì)降低。由于地形變化較大或植被覆蓋率較高時(shí)，像控點(diǎn)極易被覆蓋，進(jìn)而使無人機(jī)航測(cè)工作難以進(jìn)行，導(dǎo)致翹曲問題的出現(xiàn)，并且獲取的航測(cè)數(shù)據(jù)精度較低，影響航測(cè)的基本質(zhì)量。因此，若遇到地形相對(duì)復(fù)雜的航測(cè)任務(wù)，需要全面分析待測(cè)區(qū)域地形的實(shí)際情況[3]。

（四）立體采編測(cè)量

無人機(jī)在采集完相關(guān)數(shù)據(jù)與測(cè)量后，還要及時(shí)對(duì)地形內(nèi)部野外施測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的核準(zhǔn)和編輯，以保障無人機(jī)對(duì)地形圖測(cè)繪收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在實(shí)際操作中，必須重視收集到的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，在無人機(jī)數(shù)據(jù)采集完成后，工作人員需手繪等高線和水涯線，在熟悉地形地勢(shì)的同時(shí)也加強(qiáng)了自身業(yè)務(wù)能力和工作效率，促進(jìn)了地形測(cè)繪圖的準(zhǔn)確性，。

（五）測(cè)繪大比例尺地形圖的作業(yè)應(yīng)用

無人機(jī)航攝測(cè)繪大比例尺地形圖生產(chǎn)中的國(guó)內(nèi)應(yīng)用例子很多，它基于地形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、地勢(shì)平坦地區(qū)的數(shù)據(jù)成果經(jīng)實(shí)地精度檢測(cè)，成果滿足大比例尺地形圖精度要求，作業(yè)效率也較傳統(tǒng)測(cè)繪模式和航空攝影測(cè)量模式有大幅提高，有效提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，加快了內(nèi)、外業(yè)一體化作業(yè)流程。滿足了測(cè)繪工程項(xiàng)目建設(shè)快速完成測(cè)繪任務(wù)的要求。對(duì)大比例尺地形圖測(cè)繪手段進(jìn)行了有效的補(bǔ)充和完善，為大比例尺地形圖快速測(cè)繪提供了新的技術(shù)手段。

四、結(jié)語

總而言之，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在大比例尺地形圖中的使用不僅能夠降低測(cè)繪工作的人力物力，降低測(cè)繪周期，更重要的是能夠創(chuàng)新測(cè)繪流程，彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量和航空攝影測(cè)量的不足，提升數(shù)據(jù)收集的效率與準(zhǔn)確度，促使工程測(cè)量的高效率發(fā)展。低空無人機(jī)航攝系統(tǒng)憑借低空作業(yè)、機(jī)動(dòng)靈活、高分辨率、高精度、低成本的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃，應(yīng)急測(cè)繪、環(huán)保監(jiān)測(cè)、工程勘察等領(lǐng)域。隨著無人機(jī)航攝技術(shù)的不斷成熟，續(xù)航能力差、飛行穩(wěn)定性、小像幅等缺點(diǎn)也將逐步得到改善，具有更廣闊的應(yīng)用前景和優(yōu)勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]孫亮.無人機(jī)航攝系統(tǒng)測(cè)繪大比例尺地形圖的精度分析[D].昆明理工大學(xué)，2017.