無人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

汪兆銳

蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院

1 前言

無人機(jī)遙感技術(shù)是利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多種空間遙感的信息，如遙感傳感器技術(shù)、無人駕駛飛行器技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能信息技術(shù)等。測(cè)繪技術(shù)是工程建設(shè)和地質(zhì)勘察活動(dòng)當(dāng)中的重要組成部分，測(cè)繪工程的測(cè)量工作直接影響到項(xiàng)目活動(dòng)的開展。傳統(tǒng)測(cè)繪工作主要是人工測(cè)繪方式組成，工作效率低甚至經(jīng)常出現(xiàn)問題，加上項(xiàng)目工程實(shí)際作業(yè)情況不可控，很難取得完整的測(cè)量結(jié)果。在實(shí)際測(cè)量過程中還會(huì)因?yàn)槿藶橐蛩赜绊懙綄?shí)際測(cè)量活動(dòng)的開展。因此為提升測(cè)繪工作的質(zhì)量，需引進(jìn)無人機(jī)遙感技術(shù)來提升整體質(zhì)量，凸顯出無人機(jī)遙感技術(shù)的價(jià)值。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)的概述和優(yōu)勢(shì)

2.1 無人機(jī)遙感技術(shù)

無人機(jī)遙感技術(shù)是結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)手段，利用無線電裝置來控制設(shè)備飛行的技術(shù)，其中融合了CPS、GIS等技術(shù)，對(duì)一定區(qū)域進(jìn)行掃描獲取相應(yīng)信息。和傳統(tǒng)的測(cè)繪手段來講無人機(jī)遙感技術(shù)。Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing——無人機(jī)遙感，利用先進(jìn)的自動(dòng)化、智能化、專業(yè)化速度來獲取國(guó)土自然、自然環(huán)境、地震等空間遙感信息，實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)處理、建模、運(yùn)用分析的技術(shù)。在實(shí)際運(yùn)用過程中具備機(jī)動(dòng)、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)成為人們爭(zhēng)相研究的重點(diǎn)，在目前無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)從開發(fā)研究朝著實(shí)際運(yùn)用方向轉(zhuǎn)變，成為未來研究的主要技術(shù)之一。無人機(jī)通過無線電遙控設(shè)備、機(jī)載計(jì)算機(jī)成孔等進(jìn)行操作。整體上來看無人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)際成本低，能夠有人駕駛、無人駕駛地完成執(zhí)行任務(wù)，如部分危險(xiǎn)地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、空中指揮、環(huán)境監(jiān)測(cè)都可以由無人機(jī)完成。無人機(jī)作為空中遙感平臺(tái)的微型遙感技術(shù)，其特征是以無人機(jī)為空中平臺(tái)獲取信息，用計(jì)算機(jī)來為圖像信息進(jìn)行處理，按照一定精度要求制作的圖像。在實(shí)際運(yùn)用中根據(jù)系統(tǒng)組成和飛行特征可以劃分為固定翼型無人機(jī)、無人駕駛直升機(jī)兩類。遙控傳感器是根據(jù)不同遙感任務(wù)使用相應(yīng)的機(jī)載遙感設(shè)備來實(shí)現(xiàn)控制，無人機(jī)使用遙感設(shè)備具備數(shù)字化、體積小、重量輕、精度高、存儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)[1]。

2.2 無人機(jī)遙感技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)

（1）安全性高。隨著現(xiàn)代社會(huì)不斷發(fā)展，近幾年高端技術(shù)的發(fā)展為無人機(jī)的使用奠定了基礎(chǔ)，無人機(jī)遙感技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的重要裝備，運(yùn)用范圍廣，參與到多種研究領(lǐng)域內(nèi)并取得顯著成就。這主要是因?yàn)闊o人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)明，通過無人機(jī)遙感技術(shù)和攝影技術(shù)結(jié)合來節(jié)省研究成本。比如地質(zhì)測(cè)量的時(shí)候不需要像以往地質(zhì)研究員、飛行員在飛機(jī)上進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量，只需要操作無人機(jī)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。這種方式不僅僅降低了測(cè)量成本也保證了科研人員的安全。而且從實(shí)際測(cè)量情況來看無人機(jī)的測(cè)量比人為測(cè)量更可靠，整體誤差更小。

（2）機(jī)動(dòng)靈活。無人機(jī)與航拍機(jī)相機(jī)相比體積更小更靈活，而且升降時(shí)間短。無人機(jī)的升降對(duì)場(chǎng)地要求很小，但是這并不影響無人機(jī)的操作運(yùn)行。無人機(jī)操作簡(jiǎn)單運(yùn)行效率高，在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的背景下科學(xué)技術(shù)取得了越來越大的成就，遙感技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，讓購(gòu)買無人機(jī)的人逐漸增多，無人機(jī)迎來更大市場(chǎng)。無人機(jī)和航拍機(jī)相比飛行高度更高，測(cè)繪作業(yè)的持續(xù)性、作業(yè)效率也更高，因此受到了廣大消費(fèi)者的青睞。當(dāng)人們出行作業(yè)的時(shí)候，因?yàn)闊o人機(jī)體積小質(zhì)量輕，很容易將其攜帶出門，不需要設(shè)置專門的起飛、降落場(chǎng)所就可以實(shí)現(xiàn)，甚至無特殊工作要求，能快速完成測(cè)繪的標(biāo)準(zhǔn)，使用更加方便，從而滿足測(cè)繪工作的實(shí)際要求。

（3）處理數(shù)據(jù)效率高。無人機(jī)技術(shù)研究不斷加深，無人機(jī)操作方式更簡(jiǎn)單。通常情況下測(cè)繪工程測(cè)量過程中只需要科學(xué)合理設(shè)置飛行路線的時(shí)候合理設(shè)置，根據(jù)工作環(huán)境來校正數(shù)據(jù)輕易得到測(cè)繪結(jié)果。在這個(gè)過程中如果無人機(jī)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)返回。無人機(jī)在飛行的時(shí)候可以控制飛行高度改變測(cè)繪范圍，位置越高測(cè)繪范圍越大，但是精度較低；位置低測(cè)繪范圍少，但是能夠達(dá)到理想精度。通過兩者之間的配合將環(huán)境信息直觀展示出來，方便人們對(duì)測(cè)繪環(huán)境有更真實(shí)地了解。

（4）測(cè)繪尺度大。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)，在多種優(yōu)勢(shì)的運(yùn)用下，無人機(jī)遙感技術(shù)取得了理想的運(yùn)用價(jià)值。無人機(jī)遙感技術(shù)能夠運(yùn)用在復(fù)雜程度高、條件惡劣的場(chǎng)所，能精準(zhǔn)測(cè)量保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。無人機(jī)遙感技術(shù)與三維技術(shù)結(jié)合，能更全面、精細(xì)地展示測(cè)繪結(jié)果，幫助人們掌握測(cè)繪區(qū)域?qū)嶋H情況。

3 測(cè)繪工程現(xiàn)狀

3.1 測(cè)量?jī)x器數(shù)字化

進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后，工程測(cè)量?jī)x器數(shù)字化水平越來越高，數(shù)字水準(zhǔn)儀、電子水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀等軟件不斷研發(fā)，并且快速取代了傳統(tǒng)的測(cè)量設(shè)備，這些設(shè)備在研發(fā)投入市場(chǎng)之后廣泛運(yùn)用測(cè)繪工程中。目前工程測(cè)量設(shè)備體系全面實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，貫徹了數(shù)字化發(fā)展[2]。比如在測(cè)繪中全站儀、電子經(jīng)緯儀、測(cè)繪軟件之間的結(jié)合，都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形編輯等。在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集之后通過編碼、草圖繪制錄入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，完成圖形變形工作，最后繪圖儀實(shí)現(xiàn)輸出成圖。利用全站儀和電子平板結(jié)合，在數(shù)據(jù)采集之后將數(shù)據(jù)錄入電子平板之后實(shí)現(xiàn)圖形的現(xiàn)場(chǎng)修改，在編輯之后利用繪圖儀輸出成圖。利用電子經(jīng)緯儀、近景攝影儀、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建完整三維測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)大地測(cè)量、工業(yè)測(cè)量數(shù)字化。測(cè)量?jī)x器的數(shù)字化能夠有力提高測(cè)量精度，保證測(cè)量的準(zhǔn)確、效率，在測(cè)繪中測(cè)圖、放樣均能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化發(fā)展。

3.2 數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化

在傳統(tǒng)工程測(cè)量中需要大量人員參與其中，但是數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化程度的提高，測(cè)繪作業(yè)所需要人員越來越少，僅僅需要一兩個(gè)人就可以實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)量。比如電子經(jīng)緯儀能夠自動(dòng)記錄、修成、計(jì)算、掃描、消除誤差等。通過自動(dòng)消除誤差和自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)來減少測(cè)量過程中的人工操作，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的自動(dòng)測(cè)量提高測(cè)量精度。激光水準(zhǔn)儀等儀器具備先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，在測(cè)量中降低了干擾，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的連續(xù)自動(dòng)化，提高了作業(yè)效率。

3.3 控制智能化發(fā)展

目前無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，目前測(cè)繪設(shè)備智能化越來越高，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量的精準(zhǔn)定位[3]。工程測(cè)繪工作從傳統(tǒng)單一模式方面快速發(fā)展，發(fā)展到地質(zhì)測(cè)量方面，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科、高精度勘探。目前全球化發(fā)展速度越來越快，而信息技術(shù)以工程運(yùn)行為重要前提，測(cè)繪工程是現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)替代了傳統(tǒng)技術(shù)，借助智能化技術(shù)來促進(jìn)工作的穩(wěn)定發(fā)展。

4 無人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 無人機(jī)遙感技術(shù)的測(cè)繪運(yùn)用

（1）收集影像資料。無人機(jī)遙感技術(shù)由多種模塊構(gòu)成，比如飛行器、操控平臺(tái)、GPS技術(shù)等，無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用需要這些模塊之間有效配合才能實(shí)現(xiàn)，可以獲取充足的數(shù)據(jù)資料來為獲得影像資料作為前提，為后續(xù)活動(dòng)的開展奠定良好基礎(chǔ)。想要影像資料能夠滿足測(cè)繪工程的實(shí)際需求，則需要重視拍攝場(chǎng)所無人機(jī)的作業(yè)情況，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)合理分析，尤其是飛行器與平臺(tái)，保證無人機(jī)獲取影像資料全面合理。無人機(jī)實(shí)際運(yùn)用過程中還可以調(diào)整旋偏角、像素幅度等方面，可以采集到更準(zhǔn)確的影像資料。無人機(jī)空中三角的拍攝方式能夠優(yōu)化拍攝流程提高測(cè)量效果，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性。在運(yùn)用該技術(shù)之后能夠強(qiáng)化對(duì)數(shù)據(jù)信息的控制，符合管理要求的基礎(chǔ)上讓整個(gè)活動(dòng)更規(guī)范，設(shè)置合理的曝光延遲時(shí)間，降低轉(zhuǎn)彎對(duì)無人機(jī)的影響保證整個(gè)拍攝效果。

（2）數(shù)據(jù)測(cè)繪。測(cè)繪工程使用無人機(jī)遙感技術(shù)的時(shí)候借助智能化、自動(dòng)化手段采取測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息，這些信息數(shù)據(jù)龐大質(zhì)量高，具備極為真實(shí)的價(jià)值，能夠在實(shí)際中發(fā)揮巨大作用。在采集的數(shù)據(jù)信息中仍舊存在價(jià)值密度低的信息，這些數(shù)據(jù)信息的存在不利于利用整個(gè)數(shù)據(jù)群[4]。但是無人機(jī)遙感技術(shù)能夠針對(duì)測(cè)繪工程的實(shí)際情況第一時(shí)間清除使用價(jià)值低的數(shù)據(jù)信息，剔除雜亂無章的數(shù)據(jù)信息之后提高整個(gè)數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，將剩下的數(shù)據(jù)重新排序和整理尋找彼此之間的內(nèi)在聯(lián)系，重新排列組合提高數(shù)據(jù)的連貫性。無人機(jī)在測(cè)繪的時(shí)候還會(huì)對(duì)航線信息采集，通過分析航線情況判斷航線是否正確，判斷飛行情況將數(shù)據(jù)傳輸給操作人員和控制人員。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息，合理操控?zé)o人機(jī)，保證安全和穩(wěn)定，從而獲取更多信息。

（3）數(shù)據(jù)處理。在傳統(tǒng)的測(cè)繪作業(yè)中測(cè)繪工程測(cè)量包括多個(gè)環(huán)節(jié)，在測(cè)繪作業(yè)中需要精準(zhǔn)控制每一個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用能夠在采集數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)處理，讓每一個(gè)測(cè)繪結(jié)果更真實(shí)而準(zhǔn)確。無人機(jī)遙感技術(shù)的處理，使用數(shù)碼影像的排列方式不規(guī)則存在。如果在飛行的時(shí)候出現(xiàn)角度問題就會(huì)提高堆疊度導(dǎo)致影像發(fā)生變化，如果俯仰角度高、旋偏角不正常等都會(huì)導(dǎo)致影像資料發(fā)生改變，和實(shí)際存在差異。為解決這一問題，人們?cè)跓o人機(jī)的上方安裝數(shù)碼相機(jī)，使用變窄視角來變換焦距，得到不同的寬窄視角，以此作為基礎(chǔ)通過不斷地判斷和分析，能夠計(jì)算合理參數(shù)控制現(xiàn)場(chǎng)，提高數(shù)據(jù)的處理效果來防止影像存在變形的情況[5]。

（4）低空作業(yè)。海拔較高場(chǎng)所的作業(yè)很容易受到環(huán)境因素的影響，比如高壓地區(qū)壓力較低，就會(huì)降低無人機(jī)的起降穩(wěn)定性。在高壓地區(qū)受到云層的影響干擾拍攝視線，影響測(cè)繪工程測(cè)量的進(jìn)行。在這種情況下測(cè)繪作業(yè)應(yīng)采取低空作業(yè)的方式來獲取相關(guān)信息完成工作。針對(duì)這一問題我國(guó)很多專業(yè)人員和企業(yè)針對(duì)這個(gè)方面紛紛研究，并且取得了一定的成就。這一類無人機(jī)中不僅僅存在自穩(wěn)功能，甚至還可以自動(dòng)檢驗(yàn)校驗(yàn)，通過相應(yīng)軟件來有效處理形變，控制誤差在合理范圍內(nèi)。在系統(tǒng)內(nèi)安裝了補(bǔ)償相機(jī)來根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，讓測(cè)量結(jié)果更精準(zhǔn)。和以往的系統(tǒng)相比該系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，重量更輕，而且自動(dòng)化水平更高，可以根據(jù)實(shí)際要求有效處理影像資料，確保符合實(shí)際需求。

4.2 無人機(jī)遙感技術(shù)的未來發(fā)展

首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)更為靈活的無人機(jī)飛行狀態(tài)控制、傳感器控制。無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)技術(shù)飛躍的過程，在未來的發(fā)展中更應(yīng)重視對(duì)飛行狀態(tài)的靈活控制，實(shí)現(xiàn)更人性化的操控，重點(diǎn)提高無人機(jī)遙感技術(shù)飛行全方位性、續(xù)航能力。針對(duì)精度方面，還應(yīng)重視對(duì)傳感器的精度研究，為工程測(cè)繪測(cè)量提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。其次進(jìn)一步提高無人機(jī)的抗干擾能力。因?yàn)闊o人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用的地區(qū)大多數(shù)環(huán)境惡劣，對(duì)無人機(jī)的性能各方面提出了要求。部分體型較大的無人機(jī)在起飛和降落的時(shí)間內(nèi)需要滑行，在這個(gè)過程中會(huì)遭遇地質(zhì)因素而導(dǎo)致無法正常起落。但是小型無人機(jī)在飛行高度、抗風(fēng)能力方面較弱，這些都會(huì)影響到無人機(jī)的精度。因此在未來的發(fā)展中需要充分考慮無人機(jī)的精度、抗風(fēng)能力等，保證拍攝的穩(wěn)定性，保證測(cè)量結(jié)果。

5 結(jié)束語

綜上，測(cè)繪技術(shù)為地質(zhì)勘測(cè)項(xiàng)目的開展提供方便，實(shí)際作業(yè)過程中需要先進(jìn)技術(shù)作為支撐。無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用有效提高測(cè)量的準(zhǔn)確性、方便性，讓測(cè)繪工程能夠更好地發(fā)展。無人機(jī)遙感測(cè)繪工程主要運(yùn)用在信息采集、處理當(dāng)中，在實(shí)際運(yùn)用過程中提高測(cè)繪的應(yīng)用空間，降低測(cè)繪難度。針對(duì)未來的發(fā)展，仍舊需要以無人機(jī)為中心，更好探究與分析。