無人機(jī)航空測量技術(shù)在地形測繪中的應(yīng)用

孫時(shí)鐘

（廣西壯族自治區(qū)地理信息測繪院，廣西 柳州 545006）

在二十一世紀(jì)的今天，為了提高測繪的準(zhǔn)確性，工作中我們用到的測繪儀器有全站型電子測距儀（全站儀）、經(jīng)緯儀、RTKGPS等，這些基本能保證測量點(diǎn)的相關(guān)要求，缺點(diǎn)在于時(shí)間長、人工成本較高。目前跟隨社會(huì)的大力發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)的引導(dǎo)，采用無人機(jī)技術(shù)測量作業(yè)比較先進(jìn)，它的應(yīng)用得到更多測量工作人員的認(rèn)可及關(guān)注[1]。無人機(jī)測量在工作上取得了較大的成就，同時(shí)也減輕了很多復(fù)雜的工作量，在未來的發(fā)展中,無人機(jī)高空測量工作廣泛應(yīng)用于地形圖測繪作業(yè)上，無人機(jī)在地形圖測繪測量過程中不僅僅提高了精準(zhǔn)度，簡化了操作流程，還盡可能地降低了操作中的誤差并且很大程度上減少了工作量，讓地形測量技術(shù)得以快速延伸，而且還成為地形圖測量最佳方法。但是在實(shí)踐中，因操作技術(shù)和環(huán)境的攪擾所以需要在差異方面調(diào)整，無人機(jī)在地形圖測繪中得到了良好的廣泛運(yùn)用空間。

1.無人機(jī)測繪

任何工程都離不開測繪，例如無人機(jī)在地形圖測繪過程中實(shí)用性非常強(qiáng)烈。隨著數(shù)字化信息時(shí)代的展開，3S科技（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、和全球定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱）、數(shù)字通信科技、數(shù)碼相機(jī)科技、自動(dòng)控制技術(shù)等的到來，高空測量技術(shù)采用無人機(jī)在他們的基礎(chǔ)上增添了一道閃亮的光環(huán)，高空攝影技術(shù)同時(shí)也得到了良好的改善，需求量不斷的增加，該技術(shù)也應(yīng)用到了民用領(lǐng)域的各大行業(yè)，它可以應(yīng)用于遙感測繪、災(zāi)害預(yù)測與評估、環(huán)保監(jiān)測、電力巡檢、水利監(jiān)測、城市規(guī)劃等領(lǐng)域，給社會(huì)相關(guān)行業(yè)帶來了便捷、實(shí)惠、經(jīng)濟(jì)、高速的發(fā)展領(lǐng)域。無人機(jī)測繪技術(shù)是現(xiàn)代測繪領(lǐng)域發(fā)展之下所形成的新技術(shù)，其主要是通過在空中俯視的拍攝角度，可以完成比較大空間范圍的航空攝影，所以近年來被測繪領(lǐng)域所喜愛，并且大范圍的應(yīng)用到實(shí)際測繪工作中。該技術(shù)的優(yōu)勢就是廣角測量與多樣化測量，可以大幅提升測量的質(zhì)量和效率。從實(shí)際情況分析，航空攝影測量是利用飛機(jī)等飛行設(shè)備，安裝固定航攝儀器沿著預(yù)定的軌道飛行并且完成航空拍攝任務(wù)。在航測儀器運(yùn)行中，可以對于地面的遙感旋轉(zhuǎn)影響進(jìn)行連續(xù)性的采集，保證各個(gè)控制點(diǎn)都被準(zhǔn)確地測量和記錄，然后接收信號的工作人員通過設(shè)備可以直接生成三維立體模型，最終可以得到成圖的產(chǎn)品。不同發(fā)展時(shí)期內(nèi)的航空攝影工作的工作以及工作方式有一定的差異，獲取的數(shù)據(jù)信息應(yīng)用價(jià)值也不同。比如從實(shí)際測繪位置方面分析，高空攝影測量主要分為內(nèi)業(yè)與外業(yè)兩個(gè)模式，前者是獲取各種圖像，然后進(jìn)行信息提取、像片控制點(diǎn)聯(lián)測統(tǒng)一調(diào)節(jié)等，后者則是根據(jù)使用的需要?jiǎng)?chuàng)建三維立體結(jié)構(gòu)。

2.無人機(jī)航空攝影測量在地形圖測繪中的發(fā)展

跟隨地理科技產(chǎn)業(yè)的開展和應(yīng)用技術(shù)的普遍宣傳，城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展遙遙領(lǐng)先，遙感技術(shù)是目前地理信息領(lǐng)域的推廣邏輯，從而取得了廣大工作人員的認(rèn)可和關(guān)注，無人機(jī)遙感航拍科技的出現(xiàn)為測繪領(lǐng)域數(shù)據(jù)的獲取渠道輸入了新鮮的血液，衛(wèi)星遙感的優(yōu)勢毫無疑問，因此無人機(jī)航攝得到了國家測繪地理信息局積極推廣及宣傳[2]。無人機(jī)高空攝影測繪技術(shù)的工作體系已形成了測量系統(tǒng)的主要核心，各個(gè)體系緊密結(jié)合，其中電動(dòng)裝置系統(tǒng)及燃油系統(tǒng)是該技術(shù)的關(guān)鍵要素，測量系統(tǒng)是航空攝影測量技術(shù)的關(guān)鍵部分，也是無人機(jī)航空攝影對現(xiàn)代科技與技術(shù)的配合，同時(shí)展現(xiàn)出更多專業(yè)性的優(yōu)點(diǎn)，主要有：“重量輕、體積小、反應(yīng)迅速、飛行便捷、精度高的重要特點(diǎn)”。在我國往后的測繪工作近20年內(nèi)的開拓路線為：“建設(shè)測繪強(qiáng)國、發(fā)展優(yōu)質(zhì)企業(yè)、檢測地理國情、構(gòu)建數(shù)字中國”。地理國情是國情的一部分。通過對地理空間和自然環(huán)境的反映和揭示一個(gè)國家的綜合國情，所以，地理國情技術(shù)工作目前已成為國內(nèi)測繪單位的關(guān)鍵工作，并在很長的時(shí)間段成為首要工作節(jié)點(diǎn)。地理國情監(jiān)測平臺(tái)順勢而生，不可言喻無人機(jī)的航空影像獲取和遙感監(jiān)測將得到極大的發(fā)揮。因此，國家測繪地理信息局最近幾年屢次在全國各地舉辦低空無人機(jī)遙感航拍演練，同時(shí)率先讓各個(gè)省級測繪單位優(yōu)先使用，并推廣到市縣級單位，為此無人機(jī)遙感航拍在測繪范圍得到快速發(fā)揚(yáng)及推廣。

3.無人機(jī)在地形圖測繪中的優(yōu)勢和劣勢

3.1 無人機(jī)在地形圖測繪中的優(yōu)勢

一是提高地形圖測量的效率。無人機(jī)在地形圖測量中與最初使用傳統(tǒng)的航拍飛機(jī)對比，其優(yōu)點(diǎn)在于升空時(shí)間短、自重輕、體型小、攝影清晰、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)等特點(diǎn)，在起飛的同時(shí)不需要設(shè)計(jì)規(guī)劃專業(yè)的起飛跑道就能正常運(yùn)行，具有高強(qiáng)的靈活性和智能化，目前隨著社會(huì)的進(jìn)步及科學(xué)的發(fā)展，無人機(jī)遙感技術(shù)越來越普及，該設(shè)備的運(yùn)營成本逐漸降低，操作流程越來越人性化，在以往的工作中，在測量工作開始前得設(shè)計(jì)制定起飛的路線，而使用無人機(jī)省下了較多的工作，只需現(xiàn)場查看飛行條件滿足以后將可自動(dòng)起飛，其工作效率高、測量精準(zhǔn)、穩(wěn)定性強(qiáng)，無論是高空航拍，還是低谷縱橫測繪都能滿足高強(qiáng)度的測量結(jié)果。使用此方法可獲得更精準(zhǔn)的有效數(shù)據(jù)，也是未經(jīng)計(jì)算即完成具有真實(shí)性的一套整體數(shù)據(jù)，還能迅速獲得低空0.05米～0.5米高差分辨率像素，這樣能對后期處理數(shù)據(jù)提供合理的保障，同時(shí)還可以為后期團(tuán)隊(duì)對處理數(shù)據(jù)及高質(zhì)量專業(yè)和圖提供更好的服務(wù)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可完成比例1∶500地形圖。其優(yōu)點(diǎn)還具有無人機(jī)相比古老的航拍飛機(jī)飛行時(shí)速更持久，多個(gè)航點(diǎn)的地形測繪能一次性完成解決，還可以同時(shí)完成所有航拍工作。計(jì)算機(jī)技術(shù)與無人機(jī)結(jié)合可以為測繪工程提供保障的數(shù)據(jù)，如果在地面測繪時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)測量的數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)酱蟮兀@樣一來專業(yè)技術(shù)人員就能及時(shí)地處理好所有數(shù)據(jù)。起初的航拍飛機(jī)如果要傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，只能在降落后才可以將采集的相關(guān)數(shù)據(jù)遞交給專業(yè)技術(shù)人員處理，這樣既耗時(shí)間還浪費(fèi)人力。可想而知，使用無人機(jī)在處理數(shù)據(jù)時(shí)速度上非同一般。不僅能提高處理數(shù)據(jù)的速度，還能提傳遞高信息的時(shí)效。

二是增強(qiáng)地形圖測量的可控性。無人機(jī)遙感系統(tǒng)的實(shí)際利用價(jià)值更高，可以有效地促進(jìn)多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展。這一技術(shù)的實(shí)用性非常高，可以有效地解決很多的技術(shù)與環(huán)境方面的問題，具備獨(dú)特的主干系統(tǒng)，應(yīng)用到數(shù)字化城市建設(shè)中有著重要的意義和價(jià)值。在某些特殊條件之下開展工作，容易受到環(huán)境的影響不能完成航空拍攝工作，比如在攝影過程中，有高山阻礙拍攝活動(dòng)，此時(shí)不能使用傳統(tǒng)的起降功能，可以利用無人機(jī)進(jìn)行航拍作業(yè)，不會(huì)受到任何不利地形條件的限制可以快速地完成航空拍攝作業(yè)，從而可以提高測量的準(zhǔn)確性和質(zhì)量，還能夠獲取高精度的高空影像，是一種實(shí)用價(jià)值非常高的測繪技術(shù)。無人機(jī)技術(shù)可以完成動(dòng)態(tài)監(jiān)測，讓測繪人員了解國土資源數(shù)量與質(zhì)量，掌握分布情況，并且分析各個(gè)地區(qū)的變化趨勢，做好資源開發(fā)和利用工作，展現(xiàn)出測繪工作的重要作用。測繪工作開展時(shí)，通常都會(huì)根據(jù)一般規(guī)定進(jìn)行各項(xiàng)資源分布劃分，因?yàn)檫@些資源屬于不可再生的資源，開采環(huán)節(jié)如果沒有采取必要的環(huán)保措施，會(huì)出現(xiàn)資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等嚴(yán)重問題，發(fā)布相關(guān)監(jiān)管制度可以有效地避免發(fā)生胡亂開采的問題。通過無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，做好測繪工作，進(jìn)而可以采取必要的措施防護(hù)存在亂開采的問題，也會(huì)使得地形圖測量效率、質(zhì)量得以有效的提升[3]。

三是擴(kuò)大地形圖測量的范圍。因?yàn)闇y量工作地理?xiàng)l件有些較為復(fù)雜，通過傳統(tǒng)方式并不能準(zhǔn)確地掌握周邊環(huán)境的信息，要想消除這一方面的問題，提高地理信息精確度是非常有必要的。工作人員通過合理地使用無人機(jī)收集信息篩選處理，然后給后續(xù)檢查提供基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該做好測繪地點(diǎn)控制目標(biāo)分析和研究，保證測繪工作掌握周邊具體環(huán)境。無人機(jī)遙感技術(shù)在測繪中，工作范圍比較大，隨時(shí)掌握和了解地形條件信息，讓技術(shù)人員準(zhǔn)確獲取設(shè)計(jì)圖。對于復(fù)雜的地形條件來說，可以直接掌握相應(yīng)的地物影像信息，收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，給今后的項(xiàng)目開展提供必要的基礎(chǔ)條件。無人機(jī)測量工作時(shí)需要符合《低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》CH/Z3003-2010 1∶500、1∶1000、1∶2000大比例尺成圖精度要求。在具體測繪環(huán)節(jié)，需要結(jié)合要測量的主體，調(diào)整必要的采集數(shù)據(jù)方式，以更好地實(shí)現(xiàn)測繪范圍的擴(kuò)大和使用。通常來說，可以分為自動(dòng)加密信息和手動(dòng)采集部分。在手動(dòng)采集環(huán)節(jié)，需要利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化程序技術(shù)，工作人員結(jié)合具體的需要操控?zé)o人機(jī)，確定使用的數(shù)據(jù)信息。自動(dòng)加密是把收集內(nèi)的數(shù)據(jù)自動(dòng)地存儲(chǔ)到設(shè)備內(nèi)，達(dá)到安全、有效的要求。測繪工作正在進(jìn)行中，最為關(guān)鍵的就是要達(dá)到測繪工作的效果，比如在出現(xiàn)緊急事件后，為了能夠避免事件產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，可以通過無人機(jī)獲取分辨率較高的數(shù)字信息攝像以及高精度數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以形成三維景觀模型與三維正射投影圖，且能夠在設(shè)備內(nèi)自動(dòng)生成二維、三維資料，測量工作人員效率得以提升，最終的數(shù)據(jù)結(jié)果也更加的準(zhǔn)確。

3.2 無人機(jī)在地形圖測繪中的劣勢

采用無人機(jī)航空測繪技術(shù)雖有許多優(yōu)勢，但是在目前的應(yīng)用中，還有很多不足之處難以根除。因?yàn)橥獠恳蛩氐母蓴_和影響，比如測區(qū)范圍的高度、天氣狀態(tài)、拍攝時(shí)影像重疊、航線設(shè)定是否符合要求等，無人機(jī)航測質(zhì)量水平與這些因素存在著必然的聯(lián)系。因此，為了防止發(fā)生這些問題，需要測量人員選擇合適的天氣狀態(tài)，詳細(xì)計(jì)算確定高度、航線等信息，可以保證測量精度。其次，測量工作人員還要定期檢查設(shè)備是否能正常使用，確保無人機(jī)攝影的質(zhì)量過關(guān)。

4.結(jié)語

為了能夠更好地將無人機(jī)在地形圖測繪中進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)該在技術(shù)上加強(qiáng)提升無人機(jī)的核心性能，提高風(fēng)荷載的抵抗力，不過為了達(dá)到更精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)，最好不要在能見度低、風(fēng)力強(qiáng)及大霧天氣使用，選擇天氣較好時(shí)再使用該設(shè)備更能發(fā)揮出其中的功能。采用無人機(jī)遙感技術(shù)測量的技術(shù)能夠提高測繪工程的控制性，地形圖測量有必要的防護(hù)性措施，保證地形圖測量效率、質(zhì)量都得到提升。