無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量在城市測(cè)繪保障中的應(yīng)用前景

馮志明

摘 要：隨著無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用的研究也逐步發(fā)展起來(lái)。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在城市規(guī)劃中的運(yùn)用逐漸受到重視，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量將為城市規(guī)劃行業(yè)帶來(lái)一個(gè)新的工作方式的革命。本文綜述了我國(guó)十幾年來(lái)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究，其中重點(diǎn)綜述了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究，并在此基礎(chǔ)上提出了將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量運(yùn)用到城市公共空間研究中的技術(shù)路線與具體方法。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；攝影測(cè)量；城市規(guī)劃應(yīng)用；城市公共空間

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）03-0232-02

城市測(cè)量作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，容易受到植物、建筑、河流等各項(xiàng)因素的影響。在具體測(cè)量過(guò)程中，采用傳統(tǒng)測(cè)繪、大型飛機(jī)航拍、衛(wèi)星遙感等作業(yè)方式難以滿足作業(yè)效率和精準(zhǔn)度上的要求，而且受飛行場(chǎng)地與飛行高度等多方面因素的影響，無(wú)法廣泛應(yīng)用在城市測(cè)量中。而低空無(wú)人機(jī)在測(cè)量工作中的應(yīng)用不僅不受地點(diǎn)的場(chǎng)地限制，而且可以獲得準(zhǔn)確的影像信息，是一種不錯(cuò)的測(cè)量方法，因此得到了人們的重視。

1 城市規(guī)劃中應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

1.1 精準(zhǔn)度高

隨著科技的發(fā)展，專(zhuān)業(yè)民用數(shù)碼相機(jī)的分辨率已經(jīng)達(dá)到0.1m。在無(wú)人機(jī)上安裝高像素的數(shù)碼相機(jī)，可以拍攝高清晰度的數(shù)碼航片，經(jīng)數(shù)字處理后，可以通過(guò)立體測(cè)圖法推算出數(shù)字地形模型，并繪制出精確的大比例尺地形圖[1]。

1.2 應(yīng)用靈活

目前，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的飛行高度可控制在50～3000m，航程在300～500km，可以對(duì)一條高速公路進(jìn)行多次航測(cè)。并且在具體航測(cè)過(guò)程中，可根據(jù)精準(zhǔn)度要求調(diào)整飛行高度。同時(shí)在航測(cè)過(guò)程中，可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，地面控制人員可以根據(jù)具體需求，發(fā)出相應(yīng)的指令，改變?nèi)蝿?wù)規(guī)劃。

1.3 費(fèi)用低，設(shè)備簡(jiǎn)單

無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)利用汽油作為燃料，成本低，來(lái)源方便，不需專(zhuān)用的起降場(chǎng)地，普通公路就能夠滿足起降要求。此外，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)，配套設(shè)備十分簡(jiǎn)單，外業(yè)只需一臺(tái)車(chē)、一臺(tái)遙控裝置、一臺(tái)筆記本電腦、內(nèi)業(yè)處理完全數(shù)字化，并不需要專(zhuān)用設(shè)備。

2 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量在城市測(cè)繪保障中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于區(qū)域測(cè)繪

在城市測(cè)繪保障中，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的應(yīng)用，為三維模型構(gòu)建，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，以確保模型構(gòu)建的真實(shí)性與可視化水平。譬如：利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量，進(jìn)行高海拔地區(qū)測(cè)繪，通過(guò)不斷突破技術(shù)難點(diǎn)，提高航測(cè)高度，目前無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量已經(jīng)可以達(dá)到5520m，并且影像數(shù)據(jù)的分辨率較高，為城市測(cè)繪保障工作，提供了技術(shù)支撐。利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量，借助無(wú)人機(jī)搭載攝影設(shè)備，在需要測(cè)量的區(qū)域上空航測(cè)，獲取影像數(shù)據(jù)信息，引入無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，構(gòu)建地理信息平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)地理信息采集與處理一體化，提高測(cè)繪工作效率，某地區(qū)利用無(wú)人機(jī)，開(kāi)展航測(cè)工作，獲得1：2000遙感正攝影信息，實(shí)現(xiàn)了6800km2測(cè)量，為土地改革各項(xiàng)工作的開(kāi)展，提供了基礎(chǔ)信息，以確保各項(xiàng)工作順利落實(shí)。利用無(wú)人機(jī)，能夠提高測(cè)繪的效率，比如進(jìn)行120km2區(qū)域測(cè)繪，制作數(shù)字劃線圖，利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量4d，便能夠完成外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取，組織10個(gè)人下花費(fèi)10d左右，便可以全部完成[2]。

2.2 應(yīng)用于應(yīng)急監(jiān)測(cè)

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，除了進(jìn)行城市測(cè)繪外，在城市保障方面，也發(fā)揮著積極的作用。湖南某水文局利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用超聲波檢測(cè)儀器與測(cè)速儀等設(shè)備，進(jìn)行防汛應(yīng)急監(jiān)測(cè)。無(wú)人機(jī)在此次工作中，主要負(fù)責(zé)地形航拍測(cè)量，利用通信信道，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的視頻或者圖像，實(shí)時(shí)傳送給指揮平臺(tái)，以便指揮部門(mén)能夠明確整體情況，配合遙控船，按照設(shè)計(jì)路線行駛，來(lái)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)可以直接顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)分析的效率與質(zhì)量。通過(guò)各部門(mén)的緊密配合，實(shí)現(xiàn)“高空+地面”全覆蓋，快速完成水文資料監(jiān)測(cè)，獲取水位與流量等的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)此次練習(xí)，提升了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)人員的能力與技能，為科學(xué)應(yīng)急監(jiān)測(cè)，提供了基礎(chǔ)保障。

2.3 應(yīng)用于智慧城市建設(shè)

采取無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量，進(jìn)行智慧城市建設(shè)，實(shí)現(xiàn)城市測(cè)繪保障，需要加強(qiáng)以下要點(diǎn)的把控[3]：（1）三維模型的構(gòu)建。利用無(wú)人機(jī)，在城市上空進(jìn)行測(cè)量，可以獲取各方位的影像信息，全方位展現(xiàn)城市面貌，不會(huì)有所遺漏，基于圖像，構(gòu)建城市三維模型，可以清晰的將物體的紋理展現(xiàn)出來(lái)，降低人工作業(yè)的強(qiáng)度，確保測(cè)繪的工作效率。（2）測(cè)量點(diǎn)的選取。開(kāi)展無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量時(shí)，需要按照實(shí)際需要，做好測(cè)量分區(qū)，在測(cè)量區(qū)域內(nèi)，合理的選擇測(cè)量點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程控制。在選擇時(shí)，需要選擇具有代表性的點(diǎn)，來(lái)作為測(cè)量點(diǎn)，比如建筑物，嚴(yán)格按照測(cè)量規(guī)范與技術(shù)要點(diǎn)，開(kāi)展測(cè)量作業(yè)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。（3）圖像處理。開(kāi)展無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量前，需要做好攝像設(shè)備檢查與調(diào)整，比如鏡頭安裝與旋轉(zhuǎn)角度等，合理調(diào)整位置，做好加固處理，避免發(fā)生鏡頭移位問(wèn)題，影響圖像資料效果。在后期處理的過(guò)程中，需要對(duì)圖像進(jìn)行調(diào)整，比如色調(diào)與尺寸等，以確保圖像的可用性。（4）數(shù)據(jù)處理。通常完成遙感信息采集后，需要下載GPS與POS數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配處理，對(duì)于連接點(diǎn)數(shù)據(jù)，采取光束法區(qū)域網(wǎng)平差處理，引入控制數(shù)據(jù)后，借助平差解算，獲取影像內(nèi)外方位元素。采取密集匹配技術(shù)，獲取DSM點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波處理，內(nèi)插DEM成果，進(jìn)行正射糾正處理。

3 無(wú)人機(jī)測(cè)量中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 無(wú)人機(jī)飛行控制技術(shù)

（1）飛行姿態(tài)控制。在飛行過(guò)程中，對(duì)陀螺儀等對(duì)應(yīng)的信息獲取反饋信息，并做好相應(yīng)的計(jì)算，最終輸出相應(yīng)的控制量，完成對(duì)飛行姿態(tài)的控制。（2）飛行位置控制。該項(xiàng)控制主要包含對(duì)速度和位置的合理控制，依據(jù)傳感器獲取飛行器的速度和位置信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行裝置的合理控制。（3）飛行高度控制。主要包括無(wú)人機(jī)的高度和攀升速度兩項(xiàng)內(nèi)容。

3.2 無(wú)線傳輸技術(shù)

無(wú)人機(jī)在作業(yè)工作中需要傳輸大量的信息，其中一些數(shù)據(jù)的時(shí)效性要求較低，針對(duì)這部分信息可利用大容量存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。而對(duì)實(shí)時(shí)傳輸要求較高的信息必須及時(shí)傳輸，以便對(duì)無(wú)人機(jī)及時(shí)調(diào)節(jié)控制。

3.3 攝影測(cè)量技術(shù)

從目前的實(shí)際情況來(lái)看，無(wú)人機(jī)上搭載的測(cè)量設(shè)備都是單反相機(jī)，其成像質(zhì)量在一定程度上決定了無(wú)人機(jī)測(cè)量的精確度，也是無(wú)人機(jī)測(cè)量作業(yè)的最為關(guān)鍵的技術(shù)[4]。此外，要想獲得高精度的影像信息，提高測(cè)量的精度，還要進(jìn)行多維度技術(shù)和多傳感器的融合技術(shù)的應(yīng)用。

3.4 航跡規(guī)劃技術(shù)

無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃是指在具有約束的情況下，尋找從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)，同時(shí)能夠滿足某種性能指標(biāo)的一條最佳軌跡，這是無(wú)人機(jī)自主控制飛行最重要的功能特征。應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)際航測(cè)過(guò)程中，必須考慮應(yīng)用的環(huán)境，綜合分析對(duì)無(wú)人機(jī)作業(yè)會(huì)造成影響的各項(xiàng)因素，嚴(yán)格依據(jù)具體要求開(kāi)展各項(xiàng)作業(yè)。根據(jù)無(wú)人機(jī)的特性與續(xù)航要求設(shè)計(jì)航線，對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行距離、飛行高度、轉(zhuǎn)彎半徑等嚴(yán)格控制，以滿足城市測(cè)量作業(yè)對(duì)像片航向與旁向重疊度等的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在許多行業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在具體應(yīng)用過(guò)程中，具有靈活、精準(zhǔn)度高、設(shè)備簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)勢(shì)，在一些地質(zhì)環(huán)境惡劣的區(qū)域，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量代替人力測(cè)量。雖然無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量還存在一些問(wèn)題如續(xù)航能力差、不適合大范圍的航攝等，但是相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問(wèn)題都將會(huì)得到解決。

參考文獻(xiàn)

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