無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在城市測(cè)繪規(guī)劃中的應(yīng)用研究

王培云 代碩

1. 華芯拓遠(yuǎn)（天津）科技有限公司 天津 300450；2. 山東工商學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264003

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，城市規(guī)劃都是我國(guó)研究學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，而城市測(cè)繪工程更是受到了學(xué)者的格外關(guān)注，針對(duì)如何提高測(cè)繪成效以為城市規(guī)劃提供精確數(shù)據(jù)這一問(wèn)題我國(guó)學(xué)者開展了多項(xiàng)研究，并切實(shí)提出了一些具有建設(shè)性的建議。但根據(jù)本文對(duì)現(xiàn)有研究文獻(xiàn)的梳理與總結(jié)發(fā)現(xiàn)，目前針對(duì)無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的研究相對(duì)較少，更鮮有人將關(guān)注點(diǎn)放在該技術(shù)在城市測(cè)繪規(guī)劃中的應(yīng)用這一領(lǐng)域，基于此，本文的研究?jī)?nèi)容具有較高的創(chuàng)新意義和研究?jī)r(jià)值。

1 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、發(fā)展及其限制

1.1 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

遙感技術(shù)一直是測(cè)繪工程使用的核心技術(shù)之一，而無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)作為遙感技術(shù)的一種，要在城市測(cè)繪規(guī)劃中合理利用該技術(shù)，就必須明確該技術(shù)同傳統(tǒng)遙感技術(shù)及航空遙感技術(shù)間的區(qū)別在哪里，以此來(lái)明確該技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，找到技術(shù)優(yōu)勢(shì)同城市測(cè)繪應(yīng)用需求間的交叉邊界，才能最大限度發(fā)揮無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化城市測(cè)繪規(guī)劃成效。

我們可以對(duì)無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。具體而言，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)具有以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1.1.1 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)便攜性強(qiáng)、靈活性高，測(cè)量范圍更廣。無(wú)人機(jī)設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，這決定其具備較高的靈活性，測(cè)繪人員可以很方便地?cái)y帶無(wú)人機(jī)設(shè)備，可以滿足大部分城市測(cè)繪規(guī)劃需要，相較于大型測(cè)繪設(shè)備或航天衛(wèi)星測(cè)繪技術(shù)，無(wú)人機(jī)設(shè)備具備更強(qiáng)的適用性與適用范圍[1]。

1.1.2 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)應(yīng)用成本低。隨著我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展?jié)u趨完善，無(wú)人機(jī)低空遙感設(shè)備的運(yùn)行成本也在降低，相較于航天遙感測(cè)繪技術(shù)而言，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具備低成本的特殊優(yōu)勢(shì)，而其測(cè)繪范圍、測(cè)繪效率以及測(cè)繪精準(zhǔn)度都相對(duì)較高，運(yùn)用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)開展測(cè)繪工作，不僅可以提升測(cè)繪效率，還可以有效降低測(cè)繪成本，減少不必要的人力資源和經(jīng)濟(jì)資源投入。

1.1.3 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)性數(shù)據(jù)反饋。應(yīng)用無(wú)人機(jī)設(shè)備進(jìn)行測(cè)繪，可以保證對(duì)特殊區(qū)域進(jìn)行高頻率跟蹤監(jiān)測(cè)，從而為測(cè)繪人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，而航天航空遙感技術(shù)只能開展周期性遙感數(shù)據(jù)采集，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)無(wú)疑可以彌補(bǔ)這一技術(shù)缺陷，這也是該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)之一。

1.2 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀也是我們需要了解的關(guān)鍵因素之一，在明確其技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，才能夠制定合理的技術(shù)應(yīng)用戰(zhàn)略，并合理投入資源，進(jìn)一步推動(dòng)無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展速度很快，時(shí)至今日，我國(guó)無(wú)人機(jī)設(shè)備及相關(guān)的低空遙感技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得極為完善了，不僅無(wú)人機(jī)性能越來(lái)越優(yōu)秀，同時(shí)無(wú)人機(jī)制造成本也在不斷下降，這使得無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的應(yīng)用成本也在不斷下降，其應(yīng)用效益提高了，應(yīng)用成本下降了，這使得無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)測(cè)繪工程必不可少的核心技術(shù)之一，而無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)也成了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。具體而言，作為無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)最主要的設(shè)備，我國(guó)無(wú)人機(jī)已經(jīng)發(fā)展出多個(gè)種類，可以適用于多種測(cè)繪工程，而依照不同的平臺(tái)結(jié)構(gòu)型號(hào)基本可以將其劃分為如下3種類型：

第一，固定翼無(wú)人機(jī)。固定翼無(wú)人機(jī)根據(jù)起落方式的不同還可以分為兩類，一類是利用跑道實(shí)現(xiàn)滑翔起落的固定翼無(wú)人機(jī)，另一種則是利用彈射方式實(shí)現(xiàn)起飛，利用降落傘實(shí)現(xiàn)下降的固定翼無(wú)人機(jī)。

第二，旋翼無(wú)人機(jī)。旋翼無(wú)人機(jī)的根據(jù)其旋翼數(shù)量也可以被劃分為兩類，即無(wú)人直升機(jī)以及旋翼無(wú)人機(jī)兩種，而相較于無(wú)人直升機(jī)，旋翼無(wú)人機(jī)因其便攜性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)而成為應(yīng)用最廣的旋翼無(wú)人機(jī)，尤其是在城市測(cè)繪工程中，旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)人直升機(jī)。

第三，無(wú)人飛艇。無(wú)人飛艇是指借由其腔體之中的氣體實(shí)現(xiàn)升降，該設(shè)備相較于前兩種無(wú)人機(jī)設(shè)備而言，其可以裝載的設(shè)備更多，同時(shí)飛行也更為平穩(wěn)，但由于其是通過(guò)發(fā)動(dòng)設(shè)備開展動(dòng)力飛行，所以極容易受到氣候條件的影響，其應(yīng)用范圍具有一定局限性。

1.3 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中受到的多方面應(yīng)用限制

在明確了無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其發(fā)展現(xiàn)狀后，還需進(jìn)一步明確該技術(shù)的應(yīng)用限制，以期在應(yīng)用過(guò)程中規(guī)避其缺陷，并根據(jù)其限制進(jìn)一步明確無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的未來(lái)優(yōu)化方向。具體而言，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)發(fā)展至今，仍存在諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題沒(méi)有得到解決，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)缺乏自主性。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用程度也在不斷上升，無(wú)人機(jī)呈現(xiàn)出明顯的自動(dòng)化與信息化發(fā)展趨勢(shì)，但根據(jù)本文的研究與分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)技術(shù)當(dāng)下的智能化發(fā)展程度仍然相對(duì)較低，信息技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域在于信息的處理與傳輸方面，而無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)時(shí)仍需要人工制定飛行路線與測(cè)繪路線。同時(shí)，由于無(wú)人機(jī)設(shè)備缺乏自主性，因此當(dāng)其出現(xiàn)一定故障問(wèn)題或航線偏離問(wèn)題時(shí)，其無(wú)法進(jìn)行自我處理，而一旦操作人員控制不及時(shí)，無(wú)人機(jī)設(shè)備就可能出現(xiàn)墜毀問(wèn)題。

第二，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)信息安全性有待提高。自信息技術(shù)得到廣泛應(yīng)用以來(lái)，信息安全就一直備受人們關(guān)注，而無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在信息安全方面存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性。無(wú)人機(jī)采集到的地理信息的傳輸也多是通過(guò)信息設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)渠道，其在傳輸過(guò)程中容易受到黑客的攻擊，進(jìn)而導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)被破壞或竊取，這也是無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用需要考慮到的問(wèn)題。

2 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在城市測(cè)繪規(guī)劃中的應(yīng)用價(jià)值分析

2.1 測(cè)繪影像分辨率高

測(cè)繪影像分辨率高是無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)，也是其在城市測(cè)繪規(guī)劃中得以應(yīng)用的關(guān)鍵。城市測(cè)繪規(guī)劃活動(dòng)對(duì)測(cè)繪影像分辨率的要求本就相對(duì)較高，而傳統(tǒng)的航空航天遙感技術(shù)會(huì)受到云層等的影響，其測(cè)繪影響的分辨率相對(duì)較低。而無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的飛行高度相對(duì)較低，是在云層之下進(jìn)行遙感測(cè)繪工作，免除了云層的影響，其影像分辨率無(wú)疑可以得到有效提升。除此之外，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高層或超高層建筑在城市中的分布越來(lái)越廣，這些建筑也會(huì)遮擋原有的多層建筑，進(jìn)而影響測(cè)繪成效，而無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)借助無(wú)人機(jī)設(shè)備體系小、靈活性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可以繞過(guò)高層建筑對(duì)城市進(jìn)行有效測(cè)繪，進(jìn)而為城市規(guī)劃提供充足的測(cè)繪數(shù)據(jù)支持。

2.2 測(cè)繪操作難度低，操作便捷性強(qiáng)

隨著無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代，而為適應(yīng)實(shí)際測(cè)繪需要，無(wú)人機(jī)設(shè)備的操作難度也在不斷簡(jiǎn)化，發(fā)展到今天，無(wú)人機(jī)設(shè)備的操作難度已經(jīng)可以適應(yīng)大部分測(cè)繪人員的工作需求，測(cè)繪人員只需要提前規(guī)劃并設(shè)置好無(wú)人機(jī)的飛行線路，無(wú)人機(jī)就可以自行完成測(cè)繪工作并將測(cè)繪數(shù)據(jù)傳回控制總臺(tái)。總體而言，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用難度相對(duì)較低，對(duì)測(cè)繪人員的專業(yè)素質(zhì)沒(méi)有較高要求，其測(cè)繪操作難度低，操作便捷性強(qiáng)，測(cè)繪人員可以快速學(xué)習(xí)并掌握無(wú)人機(jī)操控技術(shù)，可以有效提升測(cè)繪人員的工作效率。

2.3 測(cè)繪精確度更高

無(wú)人機(jī)的攝影測(cè)繪精度目前已經(jīng)能夠達(dá)到國(guó)際精細(xì)測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際測(cè)量圖的精度也有1‰，目前的無(wú)人機(jī)設(shè)備在50m-1km的范圍內(nèi)都能夠拍攝出極為高清、精細(xì)的畫面。從這一角度來(lái)看，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的測(cè)繪精度是要高于傳統(tǒng)航空航天遙感測(cè)繪的，這也是其被應(yīng)用于對(duì)測(cè)繪精度要求極高的城市測(cè)繪規(guī)劃活動(dòng)中的重要原因。

2.4 測(cè)繪更為靈活

運(yùn)用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃測(cè)繪的安全性和靈活性都要更高。由于城市內(nèi)人流量巨大，傳統(tǒng)的人工測(cè)繪會(huì)受到多種因素的限制，如測(cè)繪點(diǎn)是公路、橋梁等等，為在不影響居民日常生活的情況下開展測(cè)繪工作，城市規(guī)劃部門只能選擇無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在高空中對(duì)城市環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)繪，可以最大限度避開城市居民的日常生活，進(jìn)而增強(qiáng)其靈活性，使其規(guī)避城市中的各種限制與影響因素。同時(shí)，無(wú)人機(jī)設(shè)備普遍體積小、質(zhì)量輕，同時(shí)配備降落傘等安全防護(hù)措施，即使出現(xiàn)無(wú)人機(jī)墜毀等問(wèn)題，也不會(huì)對(duì)城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其安全性與靈活性都要高于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)。

3 無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在城市測(cè)繪規(guī)劃中的應(yīng)用途徑分析

3.1 區(qū)域測(cè)繪應(yīng)用

區(qū)域測(cè)繪是我國(guó)城市規(guī)劃工作的重要組成部分，而無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)可以對(duì)我國(guó)城市中的各個(gè)區(qū)域環(huán)境進(jìn)行細(xì)致探查并提供精確的測(cè)繪數(shù)據(jù)，從而為城市規(guī)劃工作提供充足的數(shù)據(jù)支持。我國(guó)城市的規(guī)模普遍相對(duì)較大，其中各區(qū)域的資源、地貌、地質(zhì)環(huán)境等都有所不同，采用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)可以對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)繪工作，例如針對(duì)一些高海拔城市，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)也有很強(qiáng)的適應(yīng)性，目前我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)可以適應(yīng)5000m以上的測(cè)繪需要，也可以很好地盡心高海拔區(qū)域的測(cè)繪活動(dòng)，以助力高海拔城市規(guī)劃難問(wèn)題的解決。

3.2 應(yīng)急監(jiān)測(cè)應(yīng)用

應(yīng)急監(jiān)測(cè)同樣是無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的重要應(yīng)用途徑之一，在當(dāng)前時(shí)代，城市人口密度極高，一些城市周邊的公共安全事故給城市居民帶來(lái)的損失也要更大，如洪水、泥石流等事故如果沒(méi)有進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，將會(huì)給城市居民帶來(lái)不可挽回的巨大損失[2]。而面對(duì)這種緊急安全事故，人工測(cè)繪的危險(xiǎn)性太高，而航空航天遙感測(cè)繪的速度又慢，這時(shí)就需要采用無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)收集事故數(shù)據(jù)，判斷事故強(qiáng)度，進(jìn)而對(duì)周邊居民采取合理的疏散或安撫措施，在保證居民生命安全的基礎(chǔ)上，最大限度減少經(jīng)濟(jì)損失，保證城市的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3.3 智慧城市建設(shè)應(yīng)用

智慧城市是近年來(lái)提出的一個(gè)新型理念，也是我國(guó)城市化的重要目標(biāo)之一，而要建成智慧城市，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的。智慧城市的建設(shè)需要無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)收集的城市測(cè)繪數(shù)據(jù)，技術(shù)人員要通過(guò)測(cè)繪數(shù)據(jù)建立城市模型，并根據(jù)該模型對(duì)智慧城市建設(shè)方案進(jìn)行測(cè)試，以判斷智慧城市建設(shè)方案的可行性[3]。而要達(dá)到這一目的，測(cè)繪人員首先需要選擇合適的測(cè)繪點(diǎn)，這要求測(cè)繪人員對(duì)城市區(qū)域具備深入了解，可以根據(jù)測(cè)繪需要選擇高樓、地標(biāo)建筑物等作為測(cè)繪點(diǎn)，進(jìn)而減少不必要的飛行線路，還可以有效提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，優(yōu)化測(cè)繪成效。

3.4 圖像數(shù)據(jù)處理流程

圖像數(shù)據(jù)處理是無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其數(shù)據(jù)處理的核心目標(biāo)就是要將無(wú)人機(jī)收集到的參數(shù)進(jìn)一步精確化，提出不必要的參數(shù)，一般測(cè)繪人員會(huì)采用DEM進(jìn)行任務(wù)制作。測(cè)繪人員將采集到的數(shù)據(jù)利用平差法進(jìn)行處理，并利用DPS進(jìn)行解算，以精確其中的核心元素， 再利用密集匹配對(duì)云數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)整，進(jìn)行濾波與分類，以有效提出多余測(cè)繪點(diǎn)，使測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)一步精確化，為城市測(cè)繪規(guī)劃工作提供更精確的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)設(shè)備具備獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其發(fā)展水平已經(jīng)相對(duì)完善，可以被應(yīng)用于實(shí)際測(cè)繪工程中。同時(shí)，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)還具有影像分辨率高、操作難度低、精確度高以及靈活性強(qiáng)等一系列應(yīng)用價(jià)值，因此，將該技術(shù)應(yīng)用于城市測(cè)繪規(guī)劃活動(dòng)中是可行的且必要的?；诖?，本文針對(duì)其應(yīng)用途徑加以分析，明確了無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在城市測(cè)繪規(guī)劃中的應(yīng)用方式，并進(jìn)一步分析了該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。