無(wú)人機(jī)航測(cè)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

徐欣來(lái)，吳鈞輝，王樂(lè)瀟

（浙江水利水電學(xué)院 浙江 杭州 310000）

1 背景

無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在近些年已經(jīng)取得飛快的進(jìn)步，而且它比傳統(tǒng)的水利測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)更加明顯，提高了水利測(cè)量的工作效率。同時(shí)使用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)成本低廉，操作簡(jiǎn)單，因此無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水利測(cè)量，本文重點(diǎn)分析了當(dāng)前無(wú)人機(jī)在航拍設(shè)計(jì)的技術(shù)以及探討如何處理所搜集的數(shù)據(jù)，從而最大程度提高無(wú)人機(jī)航測(cè)的工作效率。

2 無(wú)人機(jī)水利工程測(cè)量應(yīng)用

在實(shí)際開展無(wú)人機(jī)工程測(cè)量的過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際測(cè)量的對(duì)象以及實(shí)際分辨率的要求，對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行路線、航拍時(shí)間、航拍位置做充分的計(jì)劃，力求使得無(wú)人機(jī)拍攝的效果達(dá)到最優(yōu)，具體的工作流程如下圖所示。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)攝像工作流程圖

2.1 無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)流程

無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)的流程為：控點(diǎn)布設(shè)-航線設(shè)計(jì)-飛行作業(yè)，無(wú)人機(jī)最大的益處就是能夠解決人為誤差，因?yàn)槿嗽诳攸c(diǎn)布設(shè)的時(shí)候存在著一定的誤差。在進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)時(shí)首先要確定使用多大的比例尺來(lái)進(jìn)行測(cè)量工作。然后可以使用Google Earth軟件來(lái)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，在每段合適的距離處設(shè)置一定的控制點(diǎn)位。布控點(diǎn)的確定一定要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡貏?shì)環(huán)境進(jìn)行合理的分析，一般使用的方法有導(dǎo)線測(cè)量、空中三角測(cè)量、GPS靜態(tài)測(cè)量、RTK測(cè)量等，在實(shí)際開展測(cè)量過(guò)程中要結(jié)合實(shí)際的環(huán)境選擇最合適的測(cè)量方法。

然后在無(wú)人機(jī)航線的設(shè)計(jì)方面，需要把很多因素考慮，比如地面分辨率、旁向重疊度、航向重疊度、分區(qū)高差、飛行高度、飛行路程、飛行安全等等，因此在進(jìn)行飛行前可以手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)試好飛行器攝像頭的焦距。根據(jù)不同的地勢(shì)環(huán)境和項(xiàng)目需求，這些參數(shù)的設(shè)置要經(jīng)過(guò)計(jì)算和驗(yàn)證之后再進(jìn)行設(shè)置。

2.2 無(wú)人機(jī)航測(cè)內(nèi)業(yè)處理

2.2.1 數(shù)據(jù)收集 在無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)結(jié)束之后，需要進(jìn)行的工作就是導(dǎo)出所收集的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以直接從內(nèi)存卡里面拷貝出來(lái)，但是這些數(shù)據(jù)需要一定的處理才能使用，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)包括了很多信息，重點(diǎn)需要分離出航向旁向的傾角、偏旋角度、航拍范圍信息等。然后將航拍位置和影像使用專業(yè)的處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主要處理數(shù)據(jù)中的旁向傾角、航向傾角、拍攝時(shí)間、拍攝位置等信息等等，然后將收集的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比并加以整合，創(chuàng)建相應(yīng)的地理圖像縮略圖，這樣便于設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的布局，以此來(lái)標(biāo)記對(duì)應(yīng)的圖像，在這些處理完之后可對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.2.2 數(shù)據(jù)解算 在數(shù)據(jù)解算階段，主要包括四個(gè)步驟，具體流程如右：新建項(xiàng)目-添加控制點(diǎn)-數(shù)據(jù)處理-數(shù)據(jù)導(dǎo)出。首先將航測(cè)圖像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到DATMatrix軟件，然后建立相應(yīng)的位置坐標(biāo)，使航測(cè)圖像數(shù)據(jù)與POS數(shù)據(jù)匹配，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算得出來(lái)匹配優(yōu)化數(shù)據(jù)。使用控制點(diǎn)編輯器，需要將文件和布局?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入到編輯器中，以有效地標(biāo)記空中區(qū)域。數(shù)據(jù)處理選擇局部處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的高精度處理，調(diào)整圖像控制點(diǎn)的位置，再次進(jìn)行局部處理，直到圖像控制點(diǎn)的處理精度達(dá)到相應(yīng)值，數(shù)據(jù)可以通過(guò)檢查來(lái)處理。

2.2.3 其他的數(shù)據(jù)算法 單歷元解算方案是在20世紀(jì)末提出來(lái)的一種算法。該算法的核心思想是：首先，觀測(cè)者需要利用現(xiàn)有的技術(shù)加強(qiáng)對(duì)于GPS點(diǎn)的近似坐標(biāo)的確定，定位誤差一定要在±2m意外。其次，進(jìn)行基本的衛(wèi)星星座選擇。在此過(guò)程中，一般采用PODP值最小、幾何形狀最好的4顆衛(wèi)星，利用雙差分方程計(jì)算相關(guān)坐標(biāo)。第三，根據(jù)以上計(jì)算的坐標(biāo)計(jì)算所有衛(wèi)星的模糊函數(shù)值，然后進(jìn)行篩選，構(gòu)建新的模糊搜索空間。第四，在構(gòu)造的模糊度搜索空間中，采用雙差分方程和最小二乘估計(jì)方法計(jì)算殘差平方和。最后用F檢驗(yàn)確定模糊度。

3 無(wú)人機(jī)在水利工程測(cè)量過(guò)程中存在的問(wèn)題

目前無(wú)人機(jī)在工程測(cè)量過(guò)程中整體上發(fā)展情況良好，極大提高了水利測(cè)量的工作效率，但是還存在一些問(wèn)題，主要是由于兩方面導(dǎo)致的，一方面水利工程的環(huán)境往往比較復(fù)雜，第二就是無(wú)人機(jī)的技術(shù)存在一定的缺陷。

3.1 難以適應(yīng)很復(fù)雜的環(huán)境

無(wú)人機(jī)巡檢最好的環(huán)境就是空曠、地勢(shì)條件不是很復(fù)雜的條件下。由于水利工程附近地勢(shì)比較復(fù)雜，雖然飛行器能夠進(jìn)行避障，但是如果障礙物過(guò)于密集，還是容易出現(xiàn)無(wú)人機(jī)墜毀等事故。同時(shí)這樣無(wú)人機(jī)航拍的工作效率也不是很高，因此如何解決這個(gè)問(wèn)題是很多供電公司面臨的共同難題。

另外一方面，一些地區(qū)由于地理環(huán)境惡劣，導(dǎo)致飛行器接收和發(fā)送信息不穩(wěn)定，這樣很容易導(dǎo)致飛行器出現(xiàn)故障，甚至出現(xiàn)墜機(jī)等事故，如何在惡劣環(huán)境中保障飛行器穩(wěn)定性也是業(yè)界面臨的共同問(wèn)題。

3.2 其他不穩(wěn)定因素的影響

無(wú)人機(jī)在航測(cè)的過(guò)程中，還受到自身因素和外界因素的干擾。其中不確定因素干擾帶來(lái)的問(wèn)題最為嚴(yán)重，比如無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中突然遇到飛行的鳥類、獸類，這樣都有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。

另外一方面雖然無(wú)人機(jī)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展很成熟了，但是電力續(xù)航不足的問(wèn)題是限制無(wú)人機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要的問(wèn)題，如果能夠解決這個(gè)問(wèn)題，那么無(wú)人機(jī)應(yīng)用空間將更加廣闊。

4 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，無(wú)人機(jī)航測(cè)在水利工程測(cè)量中已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，為水利測(cè)量做出了重要的貢獻(xiàn)，但是在實(shí)際開展工作的過(guò)程中，很多參數(shù)的設(shè)定需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)際調(diào)試，另一方面無(wú)人機(jī)航測(cè)還存在一定的問(wèn)題，這些問(wèn)題的解決有助于促進(jìn)無(wú)人機(jī)航測(cè)進(jìn)一步發(fā)展，更好地服務(wù)于水利工程的測(cè)量。