探討無(wú)人機(jī)遙感在工程測(cè)繪中的運(yùn)用

薛志遠(yuǎn)

（重慶長(zhǎng)江勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400000）

0 引言

隨著我國(guó)工程施工與科學(xué)技術(shù)的不斷結(jié)合，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在工程測(cè)繪應(yīng)用中越來(lái)越廣泛，已經(jīng)發(fā)展成為工程施工中的重要組成部分。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在工程施工中具有測(cè)繪精準(zhǔn)、應(yīng)用范圍廣、抗干擾、使用方便、精確度較高等優(yōu)點(diǎn)，這些都是人工測(cè)繪無(wú)法完成的。另外，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是多種技術(shù)的結(jié)合，既有對(duì)相關(guān)信息的采集、處理，又有對(duì)信息的傳播與應(yīng)用，是對(duì)信息的綜合處理。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠自動(dòng)處理所采集到的數(shù)據(jù)和信息，而且具有較高的計(jì)算精度。其主要功能就是對(duì)各種航拍照片及其他作業(yè)設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)繪和自動(dòng)校正，以保證后續(xù)的測(cè)繪和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此可以使用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集獲得最后需要的數(shù)據(jù)。為了在測(cè)繪軟件上建立理想的連接，可以在此環(huán)境下提供一些可以閱讀和識(shí)別的文件。若使用的信息收集方法不正確，可能會(huì)發(fā)生信息混淆、整體效果低下和收集方法不合理等問(wèn)題。

1 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)分析

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)工程監(jiān)測(cè)通常是利用六分儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)的測(cè)繪工具進(jìn)行測(cè)定，再加上借助傳統(tǒng)的測(cè)繪與分析方法，對(duì)于不同的工程，在工程測(cè)繪的周期和測(cè)繪質(zhì)量方面，參差不齊。總體而言，傳統(tǒng)測(cè)繪的方法勞動(dòng)強(qiáng)度大。這些傳統(tǒng)的工程測(cè)繪儀器，具有測(cè)繪周期長(zhǎng)、精度低、手動(dòng)消耗量大、物料消耗量大等特點(diǎn)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工程的實(shí)施情況比較困難。傳統(tǒng)的測(cè)繪方法是通過(guò)人工使用各種專業(yè)化的測(cè)繪儀器進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，具有工程測(cè)繪耗時(shí)、耗力、耗材，并且準(zhǔn)確性不高的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代化科技技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用就可以有效解決這一問(wèn)題。

在運(yùn)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)繪時(shí)，可以不需要人工測(cè)繪就直接勘測(cè)到工程的地形狀況，收集到各種信息數(shù)據(jù)，之后利用計(jì)算機(jī)將各種數(shù)據(jù)計(jì)算，從而獲得工程的基本信息；同時(shí)，利用地理信息系統(tǒng)存儲(chǔ)的一些信息數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)工程的施工情況，方便人們及時(shí)做出準(zhǔn)備。隨著科學(xué)的進(jìn)步，航空攝影測(cè)繪和遙感技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在實(shí)際測(cè)繪中使用較多，在工程測(cè)繪中發(fā)揮了重要的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪由于可以捕捉具有表面特征的4D 產(chǎn)品并且獲得的信息更加全面，因此被用于多種行業(yè)和學(xué)科。

2 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)原理和特點(diǎn)

2.1 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)原理

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪作為一種新型的航空遙感技術(shù)發(fā)展迅速，且技術(shù)日趨成熟。遙感技術(shù)，利用衛(wèi)星遙感與通信系統(tǒng)進(jìn)行的一種技術(shù)，不用直接接觸目標(biāo)，而是通過(guò)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的收集與分析處理，并進(jìn)行信息的識(shí)別與分類。遙感技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如多層次、科學(xué)性、宏觀性等，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查、工程測(cè)繪和工程環(huán)境評(píng)價(jià)等方面，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。通過(guò)在地球不同高度上的傳感設(shè)備，對(duì)地球上的電磁波進(jìn)行收集與加工，包括地球上各種物體反射或者發(fā)射的電磁波，再進(jìn)一步使用特殊的方法對(duì)信息進(jìn)行解讀，從而應(yīng)用在科學(xué)研究的各個(gè)過(guò)程。無(wú)人機(jī)遙感是通過(guò)計(jì)算機(jī)采集地形地貌、地面物體的3D 坐標(biāo)和附加屬性信息，并通過(guò)計(jì)算機(jī)處理、顯示和輸出地形圖。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)如圖1 所示。

圖1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

2.2 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)特點(diǎn)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及普遍應(yīng)用，把原本大量的外業(yè)工作變成了內(nèi)業(yè)工作，在很大程度上解放了工程測(cè)繪人員的勞動(dòng)力及時(shí)間，也降低了工程測(cè)繪的技術(shù)成本。無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪相對(duì)于傳統(tǒng)工程測(cè)繪的優(yōu)勢(shì)在于：①起降靈活方便，攜帶方便，對(duì)周圍環(huán)境和天氣要求不高。一般而言，空中范圍附近無(wú)障礙的平坦地面足以自由起降。②可以低空飛行，提高運(yùn)行效率。小型無(wú)人機(jī)可在100～500m 范圍內(nèi)進(jìn)行低空航拍作業(yè)，讓用戶快速、快速地完成所需的結(jié)果。小型無(wú)人機(jī)單次飛行作業(yè)面積約1km2，作業(yè)效率高。與傳統(tǒng)的工程勘察相比，現(xiàn)場(chǎng)人員的投入顯著減少。③可以快速獲取高分辨率數(shù)據(jù)。通過(guò)配備的攝像頭和其他傳感器獲取準(zhǔn)確直觀的地面信息。低空攝影照片的分辨率可以達(dá)到3～5cm 的超高分辨率數(shù)字圖像，這是常規(guī)測(cè)繪無(wú)法達(dá)到的。無(wú)人機(jī)技術(shù)具有先進(jìn)的全球?qū)Ш郊夹g(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和測(cè)繪，并生產(chǎn)滿足基本測(cè)繪需求的產(chǎn)品。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以在高度比較低的空中生成高分辨率的遠(yuǎn)程感知圖像，其具有高適應(yīng)性、高工作靈活性、高分辨率及經(jīng)濟(jì)便利等特性，在某些小范圍地區(qū)廣泛地應(yīng)用了無(wú)人機(jī)遙感檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)航空成像等信息的搜集。④無(wú)人機(jī)與GPSRTK 結(jié)合，利用無(wú)人機(jī)快速靈活獲取地面位置數(shù)據(jù)。GPSRTK 外業(yè)捕捉影像控制點(diǎn)的平面和高程信息，保證航拍區(qū)域內(nèi)的測(cè)繪精度，兩者結(jié)合生成數(shù)字高程模型。在無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的幫助下，工程測(cè)繪的工作得到了平穩(wěn)開展和運(yùn)行。無(wú)人機(jī)技術(shù)會(huì)給工程測(cè)繪界帶來(lái)一場(chǎng)變革，將會(huì)給工程測(cè)繪帶來(lái)一個(gè)更加真實(shí)的世界，更加高效的世界，開啟無(wú)人機(jī)攝影的新時(shí)代。

3 無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 施工環(huán)境調(diào)查

在正式進(jìn)行工程測(cè)繪之前，必須要由有著豐富經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)檢測(cè)計(jì)劃進(jìn)行全面、詳細(xì)的綜合性分析和討論，需要去掉側(cè)面的干涉才可以得到明確、準(zhǔn)確的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)周圍的實(shí)際情況，規(guī)劃合理、科學(xué)的飛行路徑，進(jìn)行試飛。在項(xiàng)目正式啟動(dòng)之前，應(yīng)對(duì)工程測(cè)繪周圍的環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查，綜合評(píng)價(jià)被監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境條件和氣候條件，選擇適合試飛的飛行平臺(tái)，將各個(gè)方面做完比較后決定最適合監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的飛行平臺(tái)，合理地決定測(cè)繪核心點(diǎn)的位置，并為了后續(xù)研究和勘探工作的順利開展進(jìn)行標(biāo)記，為正式調(diào)查和地圖制作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 GPS 技術(shù)的應(yīng)用

為了使測(cè)繪網(wǎng)具有較高的準(zhǔn)確度，必須對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置。為了保證天線基底的穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)置無(wú)線GPS 設(shè)備，并按照要求進(jìn)行安裝，確認(rèn)是否有異常的信號(hào)接收進(jìn)來(lái)，并對(duì)建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面監(jiān)控。無(wú)人機(jī)技術(shù)測(cè)繪的精確度是我們一直關(guān)心的話題，精確度也是以后無(wú)人機(jī)技術(shù)要解決的問(wèn)題，在不斷提高工作效率的同時(shí)，要把精確度提高上去。目前采用的無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠確保將監(jiān)測(cè)和測(cè)繪系數(shù)精確到毫米級(jí)，探測(cè)和測(cè)繪信息的精度更高。工程測(cè)繪主要利用無(wú)人機(jī)技術(shù)、GPS 技術(shù)等現(xiàn)代科技手段進(jìn)行。

3.3 信息采集

在多維應(yīng)用的工程測(cè)繪過(guò)程中采用多層次的方法和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)研究范圍內(nèi)信息的高效、快速獲取。信息采集是無(wú)人機(jī)對(duì)工程測(cè)繪一個(gè)非常重要的部分，采集信息的質(zhì)量也影響著檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域獲得準(zhǔn)確的地理信息，在利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)采集信息時(shí)，必須根據(jù)地理特征設(shè)置合適的飛行模式，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以對(duì)采集到的地理信息進(jìn)行自動(dòng)分類和過(guò)濾，刪除與測(cè)繪結(jié)果無(wú)關(guān)的、沒(méi)有特定用途的信息，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還可以對(duì)采集到的信息進(jìn)行自動(dòng)加密，防止信息隨時(shí)變化或者被盜取。當(dāng)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)完成信息采集的任務(wù)后，會(huì)把信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)三維模型，提高了數(shù)據(jù)信息的可觀性，這樣就可以大大降低信息和數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，進(jìn)而提高了工程測(cè)繪的精度。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)航測(cè)工作結(jié)束之后，就要著手開展內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作。數(shù)據(jù)信息處理時(shí)要利用專業(yè)的處理技術(shù)來(lái)降低外業(yè)像控點(diǎn)。要對(duì)POS 數(shù)據(jù)和相片數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)于POS 系統(tǒng)而言，它可以對(duì)定位系統(tǒng)與航拍儀進(jìn)行高度集成，所使用的硬件設(shè)施主要為慣性測(cè)繪裝置，并且還用到了定位系統(tǒng)等。利用POS 系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)時(shí)，需要借助定位系統(tǒng)來(lái)得到位置參數(shù)。借助于慣性定位設(shè)備，可以明確定義姿態(tài)設(shè)備。當(dāng)數(shù)據(jù)處理工作完成后，技術(shù)人員可以使用網(wǎng)格手工分析技術(shù)對(duì)兩相圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和處理。在無(wú)人機(jī)航測(cè)拍攝工作中，可以把拍攝區(qū)域分成若干個(gè)網(wǎng)格，針對(duì)每一個(gè)網(wǎng)格做出針對(duì)性處理，進(jìn)而能夠準(zhǔn)確的掌握這一區(qū)域的情況，同時(shí)也有助于管理人員全面的了解工程建設(shè)狀況。這一過(guò)程中，需要用到專業(yè)性較強(qiáng)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的全面融合。對(duì)于錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息，還要進(jìn)行校正。數(shù)據(jù)校核期間主要借助控制點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)航測(cè)影像呈現(xiàn)出姿態(tài)信息和相應(yīng)的位置信息后，就需要著手開展后續(xù)的處理工作。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于無(wú)人機(jī)技術(shù)而言，它是在傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上不斷發(fā)展進(jìn)而形成的一種先進(jìn)的航測(cè)新技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的航測(cè)技術(shù)，無(wú)人機(jī)技術(shù)的效率更高，同時(shí)更具輕便性、靈活性與準(zhǔn)確性特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了人工智能的轉(zhuǎn)變，大大提高了測(cè)繪的便利性、操控性、效率等。合理利用無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠準(zhǔn)確進(jìn)入到相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域，并實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)工程的有效監(jiān)測(cè)，最終獲取準(zhǔn)確、完整的信息與數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)技術(shù)在當(dāng)前的工程測(cè)繪工作中有著廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)的時(shí)效性與應(yīng)用效率較高，對(duì)于起落場(chǎng)地條件沒(méi)有嚴(yán)格的要求，應(yīng)用成本相對(duì)較低。通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)的使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程測(cè)繪動(dòng)態(tài)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理，提高工程測(cè)繪的時(shí)效性，并且提升工程測(cè)繪管理部門的工作效率與質(zhì)量。