無人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程測(cè)量中的實(shí)踐及應(yīng)用

盧 銘 楊兆祥

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

無人機(jī)技術(shù)出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)，經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)在不斷完善的同時(shí)也衍生出了許多新的功能，其應(yīng)用范圍也越來越廣。原先無人機(jī)遙感技術(shù)中的測(cè)繪技術(shù)常用于軍事領(lǐng)域，但是因?yàn)槠浔旧淼募夹g(shù)優(yōu)勢(shì)，目前無人機(jī)在民用領(lǐng)域范圍的應(yīng)用也愈加廣泛。現(xiàn)在無人機(jī)遙感技術(shù)常用于工程測(cè)量的實(shí)踐中，因?yàn)樵谀承?fù)雜的地域中不方便進(jìn)行人工測(cè)量，而無人機(jī)的遙感技術(shù)能夠突破復(fù)雜的地形限制，在空中對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行實(shí)地拍照和獲取影像等資料，保證了測(cè)量過程的嚴(yán)謹(jǐn)性和測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，我們必須要著重發(fā)展無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，并且通過實(shí)際應(yīng)用來改善無人機(jī)技術(shù)的不足。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)

無人機(jī)遙感技術(shù)設(shè)備由四部分組成，它們分別是：飛行器、無線電操控設(shè)備、可以定位的GPS系統(tǒng)、采集信息的數(shù)碼傳感器(一般來說分辨率會(huì)較高)以及信息采集后的數(shù)據(jù)處理器[1]。無人機(jī)遙感技術(shù)融合了我國(guó)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，因其蘊(yùn)含了我國(guó)較先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，所以被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域。傳統(tǒng)的工程測(cè)繪是測(cè)量員利用相關(guān)測(cè)量?jī)x器，在載人飛機(jī)或是人造衛(wèi)星的幫助下，對(duì)實(shí)際地區(qū)進(jìn)行測(cè)繪，并獲取相關(guān)信息。這種模式成本高昂，并且十分容易受天氣狀況的限制，若是天氣狀況不佳，測(cè)繪質(zhì)量就會(huì)大打折扣。而無人機(jī)遙感技術(shù)可操作性強(qiáng)，通過無線電操控設(shè)備，操控人員可以遠(yuǎn)程控制飛行器的飛行方向和高度，對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行信息采集。更高級(jí)的無人機(jī)遙感技術(shù)則只需要提前輸入測(cè)繪區(qū)域的位置，測(cè)量范圍，就可以自動(dòng)抵達(dá)測(cè)繪區(qū)域并自動(dòng)采集相應(yīng)地區(qū)的圖像、影像等所需數(shù)據(jù)。無人機(jī)所采集的數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和其數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)發(fā)送到操控室，這在節(jié)約測(cè)繪時(shí)間的同時(shí)也節(jié)省了測(cè)繪成本。因此，我國(guó)在測(cè)繪工程測(cè)量中應(yīng)積極融入無人機(jī)遙感技術(shù)。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)在實(shí)際測(cè)繪中的效果

2.1 實(shí)際測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)

首先無人機(jī)遙感技術(shù)具有較高的靈活性。無人機(jī)是遙控駕駛的，所以整個(gè)飛行器除了其自身所攜帶的系統(tǒng)外，沒有其他多余的東西，這比傳統(tǒng)的載人飛機(jī)在重量方面更具優(yōu)勢(shì)，減輕了飛行器重量即意味著無人機(jī)的靈活性得到了提高。

其次，無人機(jī)遙感技術(shù)具有很高的監(jiān)測(cè)效率，同時(shí)監(jiān)測(cè)范圍比傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)更加廣。由于無人機(jī)遙感技術(shù)中包含了計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等高科技技術(shù)，因此對(duì)工程進(jìn)行實(shí)地測(cè)量時(shí)，無人機(jī)能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)采集的信息和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到控制端，因此具有很高的檢測(cè)效率。而人們除了可以將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于對(duì)狹小的、不方便進(jìn)入的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)和信息采集之外，也能對(duì)廣闊的地理空間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這能讓監(jiān)測(cè)結(jié)果最符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。同時(shí)，為了讓人們更加了解監(jiān)測(cè)地區(qū)的實(shí)際情況，無人機(jī)遙感技術(shù)可以利用其包含的三維仿真模擬技術(shù)，使得監(jiān)測(cè)畫面更加直觀明了。

最后，無人機(jī)遙感技術(shù)安裝了分辨率較高的數(shù)碼轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理器，所以應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)采集的信息會(huì)比傳統(tǒng)的衛(wèi)星影像分辨率更高。根據(jù)目前的技術(shù)水平，無人機(jī)所拍攝的影片分辨率可以在0.1～0.5m之間[2]。同時(shí)其配備的數(shù)據(jù)處理器能直接將所采集的圖片轉(zhuǎn)換成人們所需要的數(shù)據(jù)，并且及時(shí)反饋到控制端。

2.2 實(shí)際測(cè)繪中的不足

首先，由于無人機(jī)除了必備系統(tǒng)之外就不會(huì)有多余的物品，同時(shí)為了保證無人機(jī)的航程，因此無人機(jī)整體而言重量較輕。重量輕是無人機(jī)的一個(gè)特點(diǎn)，也是其優(yōu)點(diǎn)。但是當(dāng)無人機(jī)需要在高空中對(duì)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，無疑高空氣流對(duì)無人機(jī)的影響就顯現(xiàn)出來。若是重量輕的無人機(jī)遇到高空氣流，則會(huì)跟隨氣流搖擺，機(jī)身不易穩(wěn)定，從而導(dǎo)致最后采集的影像清晰度不高。其次，受現(xiàn)今技術(shù)限制，我國(guó)普通的無人機(jī)無法安裝較高精度的傳感器。因此，有時(shí)候因?yàn)樗@取的圖像或者影像精度不夠，所以不能滿足一些精度要求較高的測(cè)繪工程項(xiàng)目。最后，由于無人機(jī)遙感技術(shù)是由技術(shù)人員在遠(yuǎn)程利用無線電操控設(shè)備和傳感器對(duì)無人機(jī)進(jìn)行操控，所以對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和GPS定位系統(tǒng)依賴性高。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程測(cè)量中的具體應(yīng)用

3.1 拍攝影像資料

在將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用到測(cè)繪工程測(cè)量中前，需要專門人員進(jìn)行討論，規(guī)劃出最合適的線路，并且還要進(jìn)行試飛活動(dòng)。在試飛前，必須要根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的實(shí)際地形條件來進(jìn)行飛行平臺(tái)的挑選，這樣才能挑選出最適合測(cè)繪區(qū)域的飛行平臺(tái)。無人機(jī)在空中飛行時(shí)像幅不大，但是其旋偏角大，所以無人機(jī)遙感技術(shù)獲取圖像的方法跟傳統(tǒng)手段相比，有著很大的區(qū)別。為了圖像拍攝的質(zhì)量，保證所拍攝的圖片能達(dá)到工程測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)無人機(jī)拍攝特點(diǎn)，我們可以在空中對(duì)其定位。這就需要操控人員能夠熟知空中拍攝技術(shù)并且能夠在實(shí)際操作中加以應(yīng)用。若在獲取圖像資料的過程中，因?yàn)榧夹g(shù)操作失誤，導(dǎo)致對(duì)測(cè)繪的區(qū)域拍攝不完整，與實(shí)際有出入，則會(huì)造成較嚴(yán)重的后果。為了避免遺漏，通常會(huì)采用空中三角測(cè)量拍攝技術(shù)，空中三角測(cè)量技術(shù)能夠保證拍全測(cè)繪區(qū)域。除了空中三角測(cè)量技術(shù)之外，無人機(jī)操控員還可以利用轉(zhuǎn)彎緩沖等其他技術(shù)來實(shí)現(xiàn)[3]。

3.2 采集測(cè)繪信息

利用無人機(jī)遙感技術(shù)采集測(cè)繪區(qū)域的信息時(shí)，通常來說不是全自動(dòng)化的，一定程度上還會(huì)結(jié)合人工操作。因?yàn)槭芗夹g(shù)限制，無人機(jī)在利用遙感技術(shù)進(jìn)行信息采集后無法區(qū)別所采集的信息是否合格。這時(shí)候就需要人工來對(duì)采集的信息進(jìn)行篩選，剔除不合格的信息，保留合格的信息，這樣就能最大程度地保證無人機(jī)所采集的信息有效并且精確。而人工與遙感技術(shù)相結(jié)合也便于將采集到的信息及時(shí)反饋到控制端，同時(shí)，這也方便了操作人員對(duì)采集信息的把握。在對(duì)測(cè)繪區(qū)域信息采集完畢時(shí)，要對(duì)無人機(jī)進(jìn)行單一模式定向操作后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這樣才能判斷無人機(jī)的航行路線是否正常，有無偏差。只有做好了對(duì)無人機(jī)航行路線的數(shù)據(jù)采集和分析，才能保證無人機(jī)利用遙感技術(shù)進(jìn)行航拍時(shí)所得到的圖像、影像的精準(zhǔn)性。

同時(shí)，無人在機(jī)對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行信息采集時(shí)，不同的采集對(duì)象有著不同的采集方法，主要有兩種采集方法：一種是手動(dòng)采集，另一種則是自動(dòng)化加密。手動(dòng)采集則是無人機(jī)遙感技術(shù)將所采集信息反饋到控制端，由工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢閱和挑選，這樣能夠有目的性和有針對(duì)性的對(duì)測(cè)繪區(qū)域的信息進(jìn)行采集，從而提高采集信息的效率。而自動(dòng)化加密是無人機(jī)的一種保護(hù)信息安全的機(jī)制，存在于無人機(jī)的內(nèi)置系統(tǒng)中。無人機(jī)利用遙感技術(shù)對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行圖像獲取和信息采集之后，不會(huì)將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送出去，而是將其存儲(chǔ)于機(jī)器內(nèi)部，這能有效的防止他人對(duì)測(cè)繪結(jié)果進(jìn)行盜取，從而保證了重要數(shù)據(jù)的安全。若是工作人員需要獲取存儲(chǔ)于機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)，則必須要通過獲得訪問權(quán)限來完成。

3.3 數(shù)據(jù)處理

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式和圖像的排列是規(guī)則排列的，這與現(xiàn)在的無人機(jī)遙感技術(shù)恰恰相反。這是因?yàn)闊o人機(jī)在飛行時(shí)不是按照直線來進(jìn)行飛行的，它需要一定的角度來改變方向。所以無人機(jī)當(dāng)無人機(jī)轉(zhuǎn)變方向時(shí)，無人機(jī)所拍攝的圖像就會(huì)有重影出現(xiàn)。為了解決這個(gè)問題，更好的處理數(shù)據(jù)，現(xiàn)在無人機(jī)上安裝的數(shù)碼相機(jī)鏡頭的角度不是固定的，一般是自動(dòng)邊角鏡頭。所以無人機(jī)在進(jìn)行俯沖或者其他需要轉(zhuǎn)變角度的動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)邊角鏡頭也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，這就避免了拍攝圖像的重疊。同時(shí)自動(dòng)邊角鏡頭也會(huì)自動(dòng)調(diào)整拍攝參數(shù)和焦距，即使在無人機(jī)高速飛行的時(shí)候，也能保證所拍的圖像清晰，符合測(cè)繪要求。

3.4 低空作業(yè)

有些測(cè)繪區(qū)域地形或者氣候復(fù)雜，例如有較高的山阻擋，或者云層較厚，且位置較低。若是這個(gè)時(shí)候在高空中進(jìn)行拍攝，則不利于獲得清晰的圖像，無法完成測(cè)繪的要求，此時(shí)就需要無人機(jī)進(jìn)行低空作業(yè)。此外，無人機(jī)的低空航拍更適用位于城市中的工程測(cè)量，這樣就能無視其他建筑對(duì)測(cè)繪工程區(qū)域的阻礙，從而使得本次測(cè)繪獲得精確的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

目前，由于無人機(jī)遙感技術(shù)具有無可替代的優(yōu)勢(shì)，所以在我國(guó)測(cè)繪工程測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。但是現(xiàn)今的無人機(jī)遙感技術(shù)仍存在很多不足，這就需要我們不斷加以改進(jìn)，從而廣泛提高無人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用，使測(cè)繪工程在降低測(cè)繪成本的同時(shí)能夠提快速高測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。