無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

李力 李國(guó)強(qiáng)

摘 要： 工程測(cè)量是工程測(cè)繪的重要組成部分。測(cè)量期間收集的信息和數(shù)據(jù)是有效開展測(cè)繪的基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在工程研究中的應(yīng)用，有效地提高了測(cè)量技術(shù)水平和測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。無(wú)人機(jī)航拍進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要對(duì)測(cè)量區(qū)，無(wú)人機(jī)飛行路徑，測(cè)量區(qū)域的控制網(wǎng)和場(chǎng)外的控制點(diǎn)設(shè)施進(jìn)行全面分析，以確保無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的有效性?；诖?，本文介紹了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，在測(cè)量技術(shù)研究中的相關(guān)應(yīng)用內(nèi)容的探究。

關(guān)鍵詞： 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量;工程勘察;應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TU198;P231 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.035

引言：無(wú)人機(jī)的航空攝影測(cè)量技術(shù)是當(dāng)今可用的最先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)之一。將航拍技術(shù)的準(zhǔn)確性與數(shù)字圖像處理的智能相結(jié)合，可基于拍攝和制圖的準(zhǔn)確性，降低圖像渲染的復(fù)雜性，它解決了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無(wú)法執(zhí)行的問(wèn)題，易于使用且易于操作，而且可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，尤其是在工廠設(shè)計(jì)等小區(qū)域，該地區(qū)運(yùn)用此技術(shù)后效果非常良好，因此，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，在研究工程測(cè)量中的應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是基于無(wú)人機(jī)垂直攝影技術(shù)開發(fā)的，無(wú)人機(jī)垂直攝影技術(shù)最初主要用于從建筑物外部提取紋理信息，而很少用于技術(shù)研究和采礦勘探等領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的垂直攝影技術(shù)基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)，并集成了垂直攝影相機(jī)，這意味只能在拍攝過(guò)程中接收垂直圖像數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)基于帶有傾斜攝像機(jī)的垂直無(wú)人機(jī)照片技術(shù)，這意味著不僅可以在垂直方向上接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，而且還可以在航拍的期間，在多個(gè)方向和不同角度接收傾斜的圖像數(shù)據(jù)，這有效地消除了垂直攝影技術(shù)只能接收垂直圖像數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，并提高了測(cè)繪的準(zhǔn)確性，而且傾斜攝影技術(shù)比無(wú)人垂直攝影操作更加容易。操作無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的主要特點(diǎn)分析

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)包括使用無(wú)人機(jī)和攝影設(shè)備，計(jì)算機(jī)設(shè)備和遙感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)測(cè)量，無(wú)人機(jī)航拍設(shè)備在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的飛行中進(jìn)行測(cè)量，所有飛行測(cè)量操作均由設(shè)備操作員執(zhí)行，分析和處理由無(wú)人機(jī)航拍設(shè)備獲取和傳輸?shù)挠跋癞嬅?，通過(guò)對(duì)圖像的技術(shù)分析，可用于闡明測(cè)量區(qū)域中的地形和其它內(nèi)容。應(yīng)用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的過(guò)程需要精確控制無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程，首先，必須以合理的方式控制飛機(jī)的飛行高度，以確保拍攝出畫面的清晰度和完整性。這將使以后的圖像處理專業(yè)人員可以有效地進(jìn)行分析等工作，接下來(lái)，需要控制飛行無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性以避免使拍攝畫面模糊，無(wú)人機(jī)的航空攝影測(cè)量技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，從而使測(cè)量人員無(wú)需前往測(cè)量位置即可準(zhǔn)確地測(cè)量工程區(qū)域，對(duì)于地形相對(duì)較差的工程勘測(cè)，可以使用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量法來(lái)確保技術(shù)人員的安全。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)控制系統(tǒng)包括導(dǎo)航衛(wèi)星，無(wú)人機(jī)遙感設(shè)備，移動(dòng)地面站，數(shù)據(jù)接收設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)和接收和處理數(shù)據(jù)的地面設(shè)備，數(shù)據(jù)處理中心等。應(yīng)用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)過(guò)程，應(yīng)明確工程對(duì)技術(shù)測(cè)量的需求，其次，必須合理規(guī)劃和應(yīng)用無(wú)人機(jī)空中攝影測(cè)量系統(tǒng)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和安全性。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)量和制圖方面的應(yīng)用不斷得到推廣，這不僅是由于該技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)，而且還因?yàn)槭篃o(wú)人機(jī)技術(shù)更加可行的實(shí)際需求。

3 傾斜無(wú)人機(jī)技術(shù)在工程研究中的應(yīng)用

3.1 測(cè)量設(shè)備的工作流程

將無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)量的過(guò)程基本上與地形測(cè)量過(guò)程相同，首先，需要將測(cè)繪任務(wù)結(jié)合起來(lái)以收集數(shù)據(jù)，測(cè)量測(cè)量區(qū)域，編輯飛行計(jì)劃等，同時(shí)確保正確的圖像數(shù)，預(yù)處理等，其應(yīng)用流程如圖2所示。

3.2 工程勘測(cè)區(qū)域的科學(xué)設(shè)計(jì)

在開始進(jìn)行無(wú)人機(jī)航拍之前，必須弄清工程測(cè)量的區(qū)域，測(cè)量的區(qū)域應(yīng)根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的需要科學(xué)地進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工程的測(cè)量區(qū)域是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)，對(duì)于無(wú)人機(jī)飛行計(jì)劃方案至關(guān)重要，首先，分析工程結(jié)構(gòu)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，然后明確計(jì)算工程量，以確保工程測(cè)量區(qū)的規(guī)劃效果能夠滿足工程結(jié)構(gòu)的需求，測(cè)量區(qū)域空間是指飛行的無(wú)人機(jī)在空中飛行的區(qū)域，為了使無(wú)人飛行器的飛行設(shè)備無(wú)縫工作并準(zhǔn)確全面地捕獲需要測(cè)量的內(nèi)容，必須對(duì)飛行區(qū)域中的所有內(nèi)容進(jìn)行分析和整合，基于此，在設(shè)計(jì)技術(shù)研究區(qū)域時(shí)，應(yīng)從整體和詳細(xì)的角度進(jìn)行全面分析，將規(guī)劃區(qū)進(jìn)行劃分，并將測(cè)量區(qū)域分為較小的結(jié)構(gòu)，例如正方形和矩形，以確保無(wú)人機(jī)飛行的便利性。

3.3 建立測(cè)量區(qū)域的控制網(wǎng)絡(luò)

為測(cè)量區(qū)域創(chuàng)建一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，也就是說(shuō)，創(chuàng)建具有特定計(jì)劃的空中三角測(cè)量平差網(wǎng)絡(luò)，以將控制測(cè)量值放置在測(cè)量區(qū)域中，該網(wǎng)絡(luò)使用已知的控制點(diǎn)來(lái)確定飛機(jī)的位置，在

實(shí)地測(cè)定用于空三加密或直接用于測(cè)圖定向的像片控制點(diǎn)平面位置和高程，以便后期進(jìn)行控制點(diǎn)的加密。計(jì)算測(cè)圖所需的大量控制點(diǎn)和照片的其他元素，為4D產(chǎn)品的生產(chǎn)提供照片方向的控制點(diǎn)和方向參數(shù)，并提供用于測(cè)圖的單個(gè)坐標(biāo)系，計(jì)算模型地面點(diǎn)的坐標(biāo)。

3.4 地面點(diǎn)控制測(cè)量

在執(zhí)行飛行測(cè)量任務(wù)之前，請(qǐng)基于該測(cè)量任務(wù)創(chuàng)建飛行計(jì)劃，創(chuàng)建研究區(qū)域的地形和天氣狀況，創(chuàng)建合適的飛行路線圖，例如，無(wú)人機(jī)模型，航向重疊，側(cè)身。方向重疊和飛行高度等等在路線圖上標(biāo)記。路線圖項(xiàng)目完成后，將標(biāo)記地面控制點(diǎn)，在地面上測(cè)量控制點(diǎn)是提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)之一，并有助于在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中為整個(gè)調(diào)查區(qū)域提供圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)量和地形的變化任務(wù)來(lái)調(diào)整地面控制點(diǎn)的位置，對(duì)于平緩的地形或相對(duì)不高的測(cè)量精度這些條件下，可以適當(dāng)?shù)叵♂尩孛婵刂泣c(diǎn)密度，此外，地面控制點(diǎn)通常位于調(diào)查區(qū)域的四個(gè)角，這促進(jìn)了不同圖像數(shù)據(jù)的結(jié)合并且提高了結(jié)合圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

3.5 工程測(cè)量場(chǎng)外控制點(diǎn)的設(shè)置與運(yùn)行

在處理無(wú)人機(jī)航拍照片時(shí)，應(yīng)特別注意測(cè)量技術(shù)，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。操作人員必須合理地設(shè)置圖像的控制點(diǎn)，以獲得最準(zhǔn)確的結(jié)果，設(shè)置控制點(diǎn)時(shí)，嚴(yán)格遵守規(guī)則和實(shí)際情況，以確保最高的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。執(zhí)行3D建模時(shí)，人員必須參考外部控制點(diǎn)的情況并分析該位置的原理，此外，無(wú)人機(jī)的航拍操縱過(guò)程由站點(diǎn)外的技術(shù)人員執(zhí)行，確保技術(shù)人員操作方面的水平也很重要，因?yàn)榧夹g(shù)人員的工作水平也對(duì)無(wú)人機(jī)航拍的效果具有決定性的影響。

3.6 行業(yè)數(shù)據(jù)處理

在完成圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理，與場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)收集完成的空中三角形的加密步驟之后，必須再對(duì)數(shù)據(jù)處理中處理圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)空三加密處理后的圖像數(shù)據(jù)信息，來(lái)進(jìn)行計(jì)算平面坐標(biāo)，并在計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)中將各種圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，進(jìn)一步展開出同名的樞軸點(diǎn)和圖像控制點(diǎn)，并進(jìn)行修復(fù)處理，通過(guò)消除由于無(wú)人機(jī)的不穩(wěn)定而使照相機(jī)抖動(dòng)引起的圖像失真，可以有效地提高測(cè)量精度。將處理后的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相應(yīng)的工程測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中后，可以通過(guò)進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)收集過(guò)程，經(jīng)過(guò)繪圖的最后階段以及其它步驟，以獲取具有工程測(cè)量結(jié)果的相應(yīng)圖紙。為了在工程研究中分析無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的準(zhǔn)確性，使用常規(guī)的全站儀在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量出幾個(gè)特征點(diǎn)。

3.7 執(zhí)行質(zhì)量檢查以確保更準(zhǔn)確的結(jié)果

當(dāng)使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量時(shí)，特別需要密切關(guān)注的是，對(duì)獲得的調(diào)查結(jié)果認(rèn)真的檢查以及對(duì)拍攝過(guò)程的合理調(diào)查和分析，不僅確保獲得的結(jié)果的準(zhǔn)確性，還要使整個(gè)過(guò)程準(zhǔn)確無(wú)誤，確保各個(gè)環(huán)節(jié)之間的相關(guān)性，通過(guò)精確計(jì)算并驗(yàn)證結(jié)果，保證檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，公司的質(zhì)量控制部門應(yīng)接受檢查，如果發(fā)現(xiàn)任何不一致之處，應(yīng)立即停止接收并提供反饋。

結(jié)束語(yǔ)：因此，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，采用無(wú)人機(jī)的傾斜攝影技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用，可以有效降低測(cè)量成本，提高測(cè)量精度。在本文中，我們以無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)為例，分析了使用該技術(shù)對(duì)項(xiàng)目研究的影響，結(jié)果表明，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)用于測(cè)量，在不考慮測(cè)量精度和全站儀誤差的前提之下，接收到的數(shù)據(jù)與全站儀測(cè)得的數(shù)據(jù)之間的相對(duì)誤差在±10mm之內(nèi)，測(cè)繪的精度符合設(shè)計(jì)要求。

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