淺談無人機航空數(shù)字測量技術(shù)在地形測繪中的應(yīng)用

王伶俐

摘 要： 隨著測繪科技的不斷更新與發(fā)展，傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和航空航天攝影測量技術(shù)已經(jīng)無法滿足測繪需求，逐漸被新興的無人機航空數(shù)字測量技術(shù)所取代。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，無人機航測有著明顯的優(yōu)勢，并逐漸獲得了各個領(lǐng)域的認(rèn)可，應(yīng)用越來越廣泛?；诖耍疚暮喴治隽藷o人機航空數(shù)字測量系統(tǒng)的組成，并探討了其在地形測繪中的應(yīng)用特點，希望對無人機航測的深入研究有所幫助。

關(guān)鍵詞： 無人機;航空數(shù)字測量;地形測繪;應(yīng)用特點

【中圖分類號】P231 【文獻標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.037

引言：無人機產(chǎn)生于上世紀(jì)70年代，最初服務(wù)于軍事領(lǐng)域，后來由于其獨特的優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域擴展到民用與科研等領(lǐng)域。經(jīng)過多年研究發(fā)展，無人機與航空攝影相結(jié)合而形成的無人機航空數(shù)字測量技術(shù)逐漸成為測繪行業(yè)發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，該項技術(shù)經(jīng)過不斷更新完善，能夠獲取高分辨率的大比例尺地形圖，彌補傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足，而且該技術(shù)成本低、操作靈活簡便，受限因素少，已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域主流技術(shù)。

1 無人機航空數(shù)字測量系統(tǒng)簡析

無人機航測系統(tǒng)的工作原理是通過無人機搭載數(shù)碼相機，在目標(biāo)區(qū)域上空航拍獲取影像數(shù)據(jù)信息，然后對這些影像數(shù)據(jù)進行后期處理，最終形成清晰易懂的地形圖、影像圖及模型等產(chǎn)品。

現(xiàn)階段，無人機航測系統(tǒng)主要由飛行平臺系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。飛行平臺系統(tǒng)主要有機體、電源、推進系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)等組成，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)所在。飛行控制系統(tǒng)主要包含機載和地面兩部分，主要任務(wù)是控制著無人機的運行軌跡和飛行姿態(tài)。任務(wù)設(shè)備則是與拍攝相關(guān)的各種傳感器，主要包含非量測相機和傾斜攝影相機。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包含空中和地面兩部分，主要任務(wù)是與地面的聯(lián)絡(luò)和信息的傳送、反饋。

2 無人機航空數(shù)字測量技術(shù)在地形測繪應(yīng)用中的特點分析

2.1 優(yōu)勢分析

無人機航空數(shù)字測量的技術(shù)特點從兩方面闡述，即優(yōu)勢與劣勢。優(yōu)勢方面，與傳統(tǒng)的測量方法相比，無人機航測有自身獨有的明顯優(yōu)點。首先，機動靈活、安全性高。無人機自身結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，作業(yè)方式比較靈活，打破空間限制，能夠快速抵達(dá)目的地。尤其是在一些地形復(fù)雜、危險系數(shù)較高的地區(qū)，無人機也能正常高效工作，這可以有效的避免人員傷亡事故的發(fā)生。另外，與傳統(tǒng)的的的航空機相比較，無人機起降非常方便。在測量地形比較復(fù)雜的地區(qū)或人員、建筑物較多的城市時，該優(yōu)勢會極為明顯的體現(xiàn)出來。

其次，受限因素較少?，F(xiàn)階段的無人機對起降場地幾乎可以說是沒有要求，只要上方無遮擋就行，而且無人機飛行的高度較低，一般在云層下方飛行，因此無人機航測時幾乎不受氣候條件的影響。

再者，經(jīng)濟實惠，操作簡單。隨著信息技術(shù)的不斷更新發(fā)展，無人機技術(shù)也在不斷的完善發(fā)展，與之相關(guān)的各種設(shè)備不僅數(shù)量增多，而且質(zhì)量也不斷提升。當(dāng)前，智能化和自動化技術(shù)在各個領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛，無人機領(lǐng)域也不例外。無人機的操作也變得智能化、自動化，功能多元化，地面站飛控軟件具有自我監(jiān)視、自我示警、自我診斷、自我維護功能，可以有效的降低故障的發(fā)生，將損失降到最低。且無人機的操作也變得越來越簡便，不需要太過高深復(fù)雜的技能，工作人員經(jīng)過短期培訓(xùn)就可上崗。無人機的使用壽命較長，設(shè)備的維修也比較簡單，維護成本較低，幾乎沒有額外費用。

最后，獲取的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量高，時效性強。無人機在進行數(shù)據(jù)采集時常常搭載可見光相機或高分辨率光學(xué)傳感器，能夠快速實時獲取所想要的信息，采集到的影像數(shù)據(jù)分辨率高，較為清晰。另外，目前無人機可以低空正對攝影，也可以低空傾斜攝影，這兩種攝影方式的結(jié)合可以在短時間內(nèi)獲取地形的全貌，實用性較強。

2.2 劣勢分析

無人機航測雖然有很多優(yōu)勢，但也存在一些弊端。目前無人機航測的弊端主要有飛行姿態(tài)穩(wěn)定性差、影像像幅小重疊度大、搭載的相機質(zhì)量差等。首先，飛行姿態(tài)不穩(wěn)問題。傳統(tǒng)的航拍受氣流的影響較小，飛行姿態(tài)較穩(wěn)定，在這方面占據(jù)了優(yōu)勢。但是無人機由于其自身的原因，在低空飛行時受氣流的影響較大，飛行姿態(tài)常常不穩(wěn)，尤其是在有風(fēng)的天氣中穩(wěn)定性更差。飛行不穩(wěn)容易對航攝的影像質(zhì)量和精確度產(chǎn)生不利影響，影像很容易重疊扭曲，增加了拍攝量，降低了工作效率。

其次，影像像幅小、基高比小問題。影像像幅的大小直接影響到膠片的尺寸，像幅小則膠片尺寸小，反之亦然。同時，像幅的大小與航攝基線的長度成正比關(guān)系。像幅小則航攝的基線長度較短，基高比也小，這使得測算精度也變得較低，影像覆蓋的拍攝面也變得小。當(dāng)像幅小時，未完成目標(biāo)地形的測繪，則拍攝量加大，后期影像處理工作量也隨之加大。與傳統(tǒng)的航測像幅相比，無人機的像幅要小很多倍，這意味著無人機航測的整個工作量要比其大很多，費的時間精力較多。

最后，搭載的相機質(zhì)量差問題。無人機由于其自身結(jié)構(gòu)簡單，飛行平臺無法搭載質(zhì)量大的專業(yè)量測相機，只能搭載質(zhì)量較輕的非量測相機。與專業(yè)量測數(shù)碼相機相比，非量測相機有很多不利之處。非量測相機性能低，具有的功能少，無法進行解析計算，而且還需要人工校驗和標(biāo)定。如果工作人員在校驗和標(biāo)定中出現(xiàn)了失誤，則影像的精度會降低，直接關(guān)系到信息的有效性。

結(jié)語：隨著科技的不斷發(fā)展，測繪無人機的優(yōu)勢也變得更加明顯，在地形測繪中的作用也越來越大。相信在不久的將來，無人機航測會取代傳統(tǒng)的測繪數(shù)據(jù)采集手段，為數(shù)字化城市和智慧城市的建設(shè)奠定堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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