無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜帶狀地形測(cè)量中的應(yīng)用

摘要：文章探討了無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜帶狀地形測(cè)量中的應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn)，并提出改進(jìn)措施：加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)、使用更先進(jìn)的導(dǎo)航和穩(wěn)定系統(tǒng)、優(yōu)化數(shù)據(jù)采集策略以及設(shè)計(jì)更高效的飛行路徑。希望通過(guò)這些改進(jìn)措施，能夠提高無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率，為我國(guó)地形測(cè)量事業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域的研究提供更多可靠的理論支持，推動(dòng)我國(guó)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以適應(yīng)復(fù)雜地形測(cè)量的需求。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；航空攝影測(cè)量；復(fù)雜帶狀地形；改進(jìn)措施；應(yīng)用策略

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）32-0126-03 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷加速，城市建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)土地資源的需求也隨之日益增長(zhǎng)。在土地資源有限的大背景下，如何迅速且高精度地開(kāi)展地形測(cè)繪工作，已成為測(cè)繪行業(yè)亟待解決的重要課題。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，憑借其高效與靈活的特性，已然成為現(xiàn)代測(cè)繪領(lǐng)域中不可或缺的重要工具，被廣泛應(yīng)用于土地規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域。尤其在地形測(cè)量方面，無(wú)人機(jī)能夠迅速捕獲地面信息，為各類工程項(xiàng)目提供至關(guān)重要的數(shù)據(jù)支撐。然而，復(fù)雜帶狀地形的測(cè)量工作對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)提出了更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。這類地形往往具有地勢(shì)起伏大、植被覆蓋率高等特征，傳統(tǒng)測(cè)量方法往往難以有效應(yīng)對(duì)。盡管無(wú)人機(jī)技術(shù)在此類地形測(cè)量中已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，但在飛行穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)獲取等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，本文將深入剖析無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜帶狀地形測(cè)量中所存在的問(wèn)題，并據(jù)此提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜帶狀地形測(cè)量中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在現(xiàn)代測(cè)繪領(lǐng)域，尤其是復(fù)雜帶狀地形測(cè)量中，正發(fā)揮著愈發(fā)關(guān)鍵的作用。傳統(tǒng)地形測(cè)量方法在面對(duì)復(fù)雜帶狀地形時(shí)，往往因地形起伏、植被遮擋等多重因素而受限，導(dǎo)致測(cè)量難度大、效率低下[1]。相比之下，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)憑借其高度的機(jī)動(dòng)靈活性、較低的成本及高效的工作特性，為復(fù)雜帶狀地形測(cè)量帶來(lái)了全新的解決方案。

1.1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用背景

無(wú)人機(jī)作為一種集成了傳感器、微型計(jì)算機(jī)、遙感系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與處理等先進(jìn)設(shè)備的高科技飛行平臺(tái)，在民用及商業(yè)領(lǐng)域均展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷革新，特別是在飛行控制、傳感器集成以及數(shù)據(jù)處理等方面的顯著進(jìn)步，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用正日益拓展[2]。該技術(shù)巧妙融合了航空攝影的高精度與無(wú)人機(jī)的靈活便捷性，能夠迅速且準(zhǔn)確地捕獲復(fù)雜帶狀地形的地面信息，從而有效突破了傳統(tǒng)測(cè)量方法的諸多局限。無(wú)人機(jī)能夠輕松跨越障礙物，抵達(dá)人員難以觸及的區(qū)域，并獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供了堅(jiān)實(shí)有力的數(shù)據(jù)支持。

1.2 復(fù)雜帶狀地形測(cè)量中無(wú)人機(jī)技術(shù)的重要性

無(wú)人機(jī)低空作業(yè)的特性，使其能夠搭載輕型遙感系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)，并運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)高效處理、分析和存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，為地形圖測(cè)繪提供了便捷手段。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的應(yīng)用顯著提升了測(cè)繪精度，尤其是平面精度和高程精度。對(duì)于復(fù)雜帶狀地貌，如峽谷、河流、山區(qū)道路等，傳統(tǒng)測(cè)量因地形崎嶇、交通不便而面臨挑戰(zhàn)，而無(wú)人機(jī)技術(shù)的引入則有效解決了這一難題。與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)具有更高的安全性和效率，能夠輕松飛越障礙物，到達(dá)人員難以抵達(dá)的區(qū)域，快速獲取大范圍、高精度的地面數(shù)據(jù)，降低了外業(yè)測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作效率[3]。此外，通過(guò)搭載高分辨率相機(jī)和傳感器，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)能夠獲取地形的精細(xì)三維模型，為災(zāi)害預(yù)防、工程設(shè)計(jì)等提供高精度數(shù)據(jù)，對(duì)復(fù)雜地形的規(guī)劃和開(kāi)發(fā)具有重要意義。同時(shí)，該技術(shù)成本低、效率高，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大面積測(cè)量工作，降低人力和時(shí)間成本，提高整體經(jīng)濟(jì)效益。并且，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，可借助先進(jìn)算法和軟件將原始數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換為高精度、高現(xiàn)勢(shì)性的地理信息產(chǎn)品，進(jìn)一步提升了測(cè)量的價(jià)值和實(shí)用性。

2 復(fù)雜帶狀地形測(cè)量中無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

2.1 無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定性問(wèn)題

量中展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，復(fù)雜地形的起伏和不規(guī)則性會(huì)引發(fā)氣流和風(fēng)向的變化，進(jìn)而影響無(wú)人機(jī)的飛行穩(wěn)定性。特別是在峽谷、山區(qū)等地形環(huán)境下，強(qiáng)烈的湍流和側(cè)風(fēng)可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)顛簸、偏離預(yù)設(shè)航線，甚至引發(fā)安全事故。無(wú)人機(jī)的飛行穩(wěn)定性直接關(guān)乎測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，強(qiáng)氣流可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)搭載的傳感器產(chǎn)生誤差，降低獲取的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，從而影響后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析結(jié)果。此外，不穩(wěn)定的飛行狀態(tài)還可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)失控或墜毀，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失乃至安全隱患。

2.2 數(shù)據(jù)精度與處理效率問(wèn)題

復(fù)雜多變的地形環(huán)境會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集造成干擾，如地形遮擋、光照條件變化等，這些都會(huì)影響數(shù)據(jù)采集的精度。特別是在植被茂密或建筑物密集的區(qū)域，無(wú)人機(jī)獲取的影像數(shù)據(jù)可能會(huì)出現(xiàn)遮擋、陰影等問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失或失真，進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，復(fù)雜帶狀地形測(cè)量通常涉及大量數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)處理的效率和精度提出了更高要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法難以滿足實(shí)時(shí)性需求，尤其在災(zāi)害監(jiān)測(cè)、緊急救援等需要快速響應(yīng)的場(chǎng)景下，可能會(huì)影響決策的及時(shí)性和有效性。

2.3 無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力有限

無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力至關(guān)重要，它關(guān)系到覆蓋的測(cè)量面積和持續(xù)工作時(shí)間。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力往往成為限制其應(yīng)用的一大難題，特別是在復(fù)雜帶狀地形的測(cè)量中。由于地形起伏、環(huán)境復(fù)雜，無(wú)人機(jī)需要消耗更多時(shí)間和能量來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，從而進(jìn)一步縮短了其續(xù)航時(shí)間。而且，無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力有限會(huì)引發(fā)一系列連鎖問(wèn)題，比如限制無(wú)人機(jī)單次飛行的測(cè)量范圍。在復(fù)雜帶狀地形中，如果無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力不足，可能無(wú)法覆蓋整個(gè)需要測(cè)量的區(qū)域，導(dǎo)致需要多次起飛，這不僅增加了操作的復(fù)雜性，也降低了測(cè)量效率[4]。在災(zāi)害監(jiān)測(cè)或搜救行動(dòng)中，如果無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力不強(qiáng)，可能無(wú)法在關(guān)鍵時(shí)刻提供持續(xù)支持。一旦無(wú)人機(jī)因電量耗盡而中斷飛行，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不完整，進(jìn)而影響后續(xù)處理。

2.4 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量操作人員素質(zhì)參差不齊

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的普及，如今越來(lái)越多的人開(kāi)始涉足這些領(lǐng)域，但并非所有操作人員都具備完備的專業(yè)知識(shí)及高超的操作水平。部分操作人員可能僅經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)，這致使他們?cè)诿鎸?duì)復(fù)雜地形測(cè)量時(shí)，難以作出準(zhǔn)確判斷并采取有效操作[5]。專業(yè)的操作人員能迅速完成測(cè)量任務(wù)，而缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作人員則可能需要更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)熟悉整套設(shè)備的操作流程，進(jìn)而降低整體工作效率。在復(fù)雜帶狀地形的處理過(guò)程中，無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)操控是避免碰撞和墜毀的關(guān)鍵，但若操作人員欠缺此類經(jīng)驗(yàn)或技能，就可能引發(fā)飛行事故，甚至造成設(shè)備損壞或人員傷亡。

3 改進(jìn)措施

3.1 使用更先進(jìn)的導(dǎo)航和穩(wěn)定系統(tǒng)

為提升無(wú)人機(jī)在復(fù)雜帶狀地形中的飛行穩(wěn)定性及導(dǎo)航精度，我們可以使用更為先進(jìn)的穩(wěn)定系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)。這些系統(tǒng)融合了最新的GPS、GLONASS、Bei?Dou等多系統(tǒng)定位技術(shù)，能夠提供更精準(zhǔn)的位置信息及飛行軌跡。在導(dǎo)航方面，引入實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位（RTK） 技術(shù)可顯著提升定位精度，有效減少因地形復(fù)雜而產(chǎn)生的定位偏差。RTK技術(shù)通過(guò)接收來(lái)自地面基準(zhǔn)站的差分信號(hào)，實(shí)時(shí)修正無(wú)人機(jī)的位置信息，從而確保無(wú)人機(jī)能夠沿預(yù)設(shè)航線精確飛行。在穩(wěn)定系統(tǒng)方面，可采用先進(jìn)的慣性測(cè)量單元（IMU） 及陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，這些技術(shù)能有效抵消風(fēng)力和氣流對(duì)無(wú)人機(jī)飛行的影響，保持?jǐn)z影設(shè)備的穩(wěn)定，從而拍攝到清晰、準(zhǔn)確的影像。此外，自適應(yīng)飛行控制系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)調(diào)整飛行姿態(tài)，進(jìn)一步提升飛行的平穩(wěn)性與安全性。

3.2 優(yōu)化數(shù)據(jù)采集策略

數(shù)據(jù)采集是無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的核心環(huán)節(jié)，優(yōu)化此過(guò)程能顯著提升測(cè)量的準(zhǔn)確度和效率。應(yīng)依據(jù)復(fù)雜帶狀地形的特性，合理規(guī)劃無(wú)人機(jī)的飛行路線，預(yù)先分析地形數(shù)據(jù)，以選取最優(yōu)的飛行高度、速度、航向等參數(shù)，確保無(wú)人機(jī)能高效且安全地完成任務(wù)。對(duì)于數(shù)據(jù)采集的密度和頻率，需進(jìn)行更精細(xì)的調(diào)整：在關(guān)鍵區(qū)域或地形變化復(fù)雜、特征點(diǎn)豐富的地帶，可增加數(shù)據(jù)采集密度，以獲取更多細(xì)節(jié)信息；而在地形相對(duì)平坦、特征不明顯的區(qū)域，則可適當(dāng)降低采集頻率，以節(jié)省存儲(chǔ)空間并減少飛行時(shí)間。此外，還可采用多光譜高分辨率相機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，捕捉如植被覆蓋指數(shù)、地形高度等多維度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)地形模型分析至關(guān)重要。除了飛行策略的優(yōu)化和硬件的更新，軟件算法也是無(wú)人機(jī)航行的關(guān)鍵。通過(guò)引入先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，如深度學(xué)習(xí)算法，可自動(dòng)識(shí)別并提取地面特征，減少人工干預(yù)，提高數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化水平。同時(shí)，定期的設(shè)備校準(zhǔn)和維護(hù)也是確保數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，無(wú)人機(jī)及其搭載的攝影設(shè)備需定期檢查和調(diào)整，以保持最佳工作狀態(tài)。

3.3 設(shè)計(jì)更高效的飛行路徑，減少無(wú)效飛行時(shí)間

為減少無(wú)效飛行時(shí)間，需設(shè)計(jì)更有效的飛行路徑。這要求我們深入分析測(cè)量區(qū)域的地形特點(diǎn)和數(shù)據(jù)需求，據(jù)此制定更合理的飛行路徑。在復(fù)雜帶狀地形中，應(yīng)避免無(wú)人機(jī)進(jìn)行多次爬坡和俯沖動(dòng)作，以減少能量消耗并確保飛行安全?？衫孟冗M(jìn)的飛行規(guī)劃軟件，基于地形高程模型（DEM） 和正射影像圖（DOM） 等數(shù)據(jù)，智能生成最優(yōu)飛行路徑。這些軟件會(huì)綜合考慮地形起伏、障礙物分布及測(cè)量精度要求等因素，確保無(wú)人機(jī)以最高效的方式完成測(cè)量任務(wù)。在確保測(cè)量精度和數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下，可適當(dāng)提高飛行速度以縮短整體測(cè)量周期。合理調(diào)整飛行高度，既能避免飛行過(guò)低增加碰撞風(fēng)險(xiǎn)，又能防止飛行過(guò)高導(dǎo)致數(shù)據(jù)分辨率降低。

3.4 加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)和技能提升

應(yīng)建立一套統(tǒng)一的操作人員培訓(xùn)和技能提升體系，該體系應(yīng)涵蓋基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)際操作演練及應(yīng)急處理能力培養(yǎng)等多個(gè)方面。通過(guò)系統(tǒng)性的課程安排，確保操作人員全面掌握無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)的基本知識(shí)和操作要領(lǐng)。在培訓(xùn)過(guò)程中，應(yīng)重視理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法，除了傳授基礎(chǔ)知識(shí)外，還應(yīng)增加模擬飛行和實(shí)際操作等實(shí)踐性強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。這樣不僅能加深操作人員對(duì)理論知識(shí)的理解，還能讓他們?cè)趯?shí)際操作中不斷運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提升應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況的能力。此外，應(yīng)定期開(kāi)展技能考核測(cè)試和競(jìng)賽活動(dòng)，以激發(fā)操作人員的學(xué)習(xí)熱情并檢驗(yàn)他們的學(xué)習(xí)成果。通過(guò)設(shè)定明確的考核標(biāo)準(zhǔn)和獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)操作人員不斷提升技能水平，同時(shí)糾正操作中的不足。除了基礎(chǔ)技能提升外，還應(yīng)注重培養(yǎng)操作人員的創(chuàng)新意識(shí)和問(wèn)題解決能力。在面對(duì)復(fù)雜地形測(cè)量任務(wù)時(shí)，他們可能會(huì)遇到許多挑戰(zhàn)性任務(wù)，因此需要靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，創(chuàng)造性地解決新問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)已在地形測(cè)量中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。從無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的基本原理出發(fā)，我們可以分析出該技術(shù)在處理復(fù)雜帶狀地形測(cè)量時(shí)的明顯優(yōu)勢(shì)和所面臨的挑戰(zhàn)。針對(duì)當(dāng)前存在的操作人員素質(zhì)參差不齊、導(dǎo)航和穩(wěn)定系統(tǒng)性能不足、數(shù)據(jù)采集策略不合理以及飛行路徑設(shè)計(jì)不夠高效等問(wèn)題，已經(jīng)提出了一系列具體的改進(jìn)方案。這些方案涉及人員培訓(xùn)、技術(shù)升級(jí)、策略優(yōu)化和路徑設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，旨在全面提升無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的整體性能。期望通過(guò)這些改進(jìn)方案，能夠顯著提升無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的精準(zhǔn)度和效率，為相關(guān)領(lǐng)域提供更加可靠的理論支持。未來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和相關(guān)算法的逐漸完善，我們有理由相信，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)將在地形測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。同時(shí)，我們也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用需要不斷地實(shí)踐和探索。因此，我們期待未來(lái)有更多的研究者和實(shí)踐者加入這一領(lǐng)域，共同推動(dòng)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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