工程測(cè)量中的無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究

沈 華，施浩澤，徐 巍，劉俊杰，黃易成

（1.浙江鼎弘勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，浙江 寧波 315000；2.寧波融程測(cè)繪有限公司，浙江 寧波 315000）

信息化時(shí)代的到來(lái)，為無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)保障。因其具有操作簡(jiǎn)單、效率高、成本低等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中，并在不斷應(yīng)用的過(guò)程中得到了新的發(fā)展。在工程測(cè)量中，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，保障了測(cè)量信息的準(zhǔn)確性與精度要求，同時(shí)，兼顧大面積測(cè)量、測(cè)量安全性高、測(cè)量速度快等要點(diǎn)，推動(dòng)工程測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展，具有極大的應(yīng)用前景，需要工程測(cè)量領(lǐng)域加大重視程度。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 操作靈活

無(wú)人機(jī)體型小巧、輕便，相比于其他形式的飛行器，在起落與飛行過(guò)程中都具有顯著的優(yōu)勢(shì)，僅需要小塊的平整場(chǎng)地便可完成飛行任務(wù)，不需要設(shè)置專用的飛行場(chǎng)所；同時(shí)，無(wú)人機(jī)操作簡(jiǎn)單，僅需要通過(guò)專用的儀器或系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)航測(cè)，加上無(wú)人機(jī)多為低空飛行，受環(huán)境因素的影響小，因此更加靈活；另外，無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力不斷提升，測(cè)量范圍不斷擴(kuò)大，進(jìn)一步增強(qiáng)了測(cè)量的靈活性。

1.2 測(cè)量效率高

傳統(tǒng)的測(cè)量模式很容易受外在因素的影響，使得測(cè)量結(jié)果和測(cè)量效率達(dá)不到預(yù)期要求。而無(wú)人機(jī)的應(yīng)用有效解決了這個(gè)問(wèn)題，無(wú)論在山區(qū)、林區(qū)，還是在某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地勢(shì)處，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)都可以高效、準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)工程提供數(shù)據(jù)支持；另外，隨著科技的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)各方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步加大，有利于工程測(cè)量更好地進(jìn)行。

1.3 測(cè)量成本低

傳統(tǒng)的工程測(cè)量需要投入大量的人力與物力，增加測(cè)量成本的同時(shí)也無(wú)法保障測(cè)量質(zhì)量，同時(shí)，相比于其他形式的新型工程測(cè)量技術(shù)，無(wú)人機(jī)因其體積和結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在造價(jià)方面遠(yuǎn)低于其他設(shè)備，而且在后期維護(hù)上的費(fèi)用也較低。在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，信息采集質(zhì)量和效率相同的前提下，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的成本投入更低，具有極高的性價(jià)比。

1.4 控制測(cè)量范圍

就目前來(lái)看，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，對(duì)于其他測(cè)量技術(shù)無(wú)法應(yīng)用的復(fù)雜區(qū)域，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行，并且為了達(dá)到良好的測(cè)量效果，其可以對(duì)測(cè)量范圍進(jìn)行控制，將整片測(cè)量區(qū)域劃分為多個(gè)小區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

1.5 數(shù)據(jù)處理快

無(wú)人機(jī)航測(cè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性技術(shù)，包含多種高科技設(shè)備、系統(tǒng)、軟件等。當(dāng)無(wú)人機(jī)采集到數(shù)據(jù)后，后臺(tái)系統(tǒng)或軟件能及時(shí)接收并處理數(shù)據(jù)；或者在無(wú)人機(jī)航測(cè)完成后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的整理與分析，能在較短的時(shí)間內(nèi)得到測(cè)繪區(qū)域的相關(guān)信息，并且具有極高的精確度。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用流程

2.1 相關(guān)設(shè)備的檢查校正

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)時(shí)，為了保障測(cè)量流程的科學(xué)性與和倫理性，需要嚴(yán)格按照規(guī)定要求落實(shí)各項(xiàng)工作，首要任務(wù)是對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行全面的檢查校正，確保后續(xù)測(cè)量工作的有序進(jìn)行，具體需要注意以下四點(diǎn)內(nèi)容：

第一，測(cè)量人員需要對(duì)無(wú)人機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，主要包括是否存在老舊、破損零部件，是否存在異常運(yùn)行情況等；第二，測(cè)量人員需要檢查攝像機(jī)的運(yùn)行情況，并根據(jù)具體的測(cè)量工作校正攝像機(jī)的清晰度、分辨率等數(shù)據(jù)；第三，測(cè)量人員需要科學(xué)確定測(cè)量時(shí)間，盡可能選擇晴天進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)需要考慮測(cè)量區(qū)域的環(huán)境問(wèn)題，最大限度降低環(huán)境因素導(dǎo)致的測(cè)量誤差；第四，測(cè)量人員還需要根據(jù)測(cè)量要求選定合適的比例尺，確保航測(cè)圖像符合與其要求。

2.2 確認(rèn)測(cè)量目標(biāo)以及空域申請(qǐng)

在上述的基礎(chǔ)上，測(cè)量人員需要進(jìn)一步落實(shí)目標(biāo)確認(rèn)和空域申請(qǐng)工作：

一方面，測(cè)量人員需要明確具體的測(cè)量范圍和測(cè)量?jī)?nèi)容，在此基礎(chǔ)上選擇合適的位置當(dāng)作無(wú)人機(jī)的起落點(diǎn)，為測(cè)量工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)；另一方面，我國(guó)對(duì)各類飛行器有明確的規(guī)定，必須滿足相應(yīng)要求后才能飛行，因此，測(cè)量人員需要向相關(guān)部門提交空域申請(qǐng)，通過(guò)后才能進(jìn)行測(cè)量工作，若未獲得許可，需要按照國(guó)家相關(guān)要求制定低空飛行方案，明確飛行高度、飛行時(shí)間等信息并向有關(guān)部門遞交申請(qǐng)。

2.3 航線設(shè)計(jì)與控制點(diǎn)布設(shè)

為了保障無(wú)人機(jī)航測(cè)的質(zhì)量和效率，測(cè)量人員需要根據(jù)測(cè)量區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行航線設(shè)計(jì)與控制點(diǎn)布置，具體的工作要點(diǎn)如下：

在進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)時(shí)，測(cè)量人員需要將整個(gè)工程區(qū)域進(jìn)行合理區(qū)分，對(duì)不同地點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量，如每隔一定距離設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，并根據(jù)工程規(guī)模確定采集點(diǎn)的數(shù)量，尤其針對(duì)地勢(shì)情況較為復(fù)雜的山地、盆地等區(qū)域，更需要嚴(yán)格進(jìn)行定點(diǎn)；另外，相比于以往的測(cè)量方式，無(wú)人機(jī)航測(cè)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)布設(shè)控制點(diǎn)，能夠顯著提高測(cè)量圖像的清晰度，確保了定點(diǎn)測(cè)量的專業(yè)性。

在進(jìn)行航線規(guī)劃時(shí)，需要考慮到無(wú)人機(jī)的測(cè)量效率、飛行高度、飛行速度等一系列參數(shù)：測(cè)量人員需要根據(jù)測(cè)量區(qū)域的實(shí)際情況設(shè)計(jì)飛行路線，堅(jiān)持全面、高效的原則，保障航線的科學(xué)性；同時(shí)，為了保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要科學(xué)設(shè)置飛行高度、飛行速度以及不同區(qū)域之間的高度差；另外，測(cè)量人員需要按照規(guī)定要求以及航線方向操作無(wú)人機(jī)，保障無(wú)人機(jī)的運(yùn)行安全性。

2.4 測(cè)量數(shù)據(jù)整理分析

在測(cè)量工作結(jié)束后，需要對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先，工作人員需要導(dǎo)出無(wú)人機(jī)采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行整合處理，篩除其中多余、重復(fù)、錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，最大限度確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；其次，工作人員需要依據(jù)預(yù)先設(shè)定的比例尺對(duì)圖像內(nèi)容進(jìn)行核對(duì)，同時(shí)需要根據(jù)設(shè)定的控制點(diǎn)對(duì)圖像內(nèi)容進(jìn)行修正，科學(xué)的建立坐標(biāo)系，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)；最后，基于上述數(shù)據(jù)分析處理的結(jié)果，工作人員需要進(jìn)一步利用三維建模軟件進(jìn)行三維實(shí)景建模，主要內(nèi)容包括經(jīng)測(cè)區(qū)分塊、像對(duì)篩選、點(diǎn)云計(jì)算、點(diǎn)云構(gòu)網(wǎng)、紋理映射等，此外，為了保障三維模型的直觀性，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模型進(jìn)行修飾，如水體分布、植被覆蓋等，至此完成無(wú)人機(jī)航測(cè)工作。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 在水利工程中的應(yīng)用

水利工程在防洪和提高水資源利用率以及調(diào)節(jié)江川流量方面發(fā)揮了重要作用。為了保障水利工程項(xiàng)目的穩(wěn)定與安全，需要獲得并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并依據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)的水利工程施工，這就給無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供了途徑：

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)時(shí)，測(cè)量人員需要依據(jù)水利工程的具體規(guī)模，確定出無(wú)人機(jī)測(cè)量過(guò)程中的停留點(diǎn)位的位置，之后依據(jù)這些點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量航線的規(guī)劃，確保無(wú)人機(jī)能夠高效、快速地完成整片區(qū)域的測(cè)量。若測(cè)量區(qū)域地勢(shì)起伏較大則容易出現(xiàn)測(cè)量誤差，此時(shí)需要在測(cè)量區(qū)域設(shè)置控制點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)的飛行高度、拍攝方向等，將誤差控制在合理的范圍之內(nèi)；若想要進(jìn)一步提升測(cè)量準(zhǔn)確性，測(cè)量人員需要根據(jù)水利工程的實(shí)際情況，測(cè)量出無(wú)人機(jī)的飛行速度、畫(huà)面分辨率等。在完成上述測(cè)量步驟后，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，依據(jù)控制點(diǎn)合理的建立坐標(biāo)系，這樣能夠建立水利工程的三維模型，通過(guò)對(duì)模型的分析能夠發(fā)現(xiàn)水利工程運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)水利工程質(zhì)量的提升。

3.2 在污水處理工程中的應(yīng)用

就目前來(lái)看，我國(guó)的水污染情況較為嚴(yán)峻，出現(xiàn)各種水體污染問(wèn)題，在一定程度上阻礙了我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。因此，檢測(cè)水體污染的情況，尤其是水體中藍(lán)藻的含量對(duì)污水處理工程具有重要意義，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)解決這一問(wèn)題。

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行污水治理時(shí)，測(cè)量人員需要勘測(cè)污染水域的實(shí)際情況，并根據(jù)污水水域面積、形狀等科學(xué)的設(shè)置測(cè)試點(diǎn)用以檢測(cè)水體中藍(lán)藻的含量，這樣能夠保障無(wú)人機(jī)航測(cè)不受環(huán)境、地形等外在條件的影響；在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，利用無(wú)人機(jī)攜帶的高清攝像機(jī)對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行拍攝，之后將數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)處理系統(tǒng)，能夠幫助相關(guān)人員明確水中藍(lán)藻的實(shí)際含量，為污水治理工程提供數(shù)據(jù)支持。另外，在利用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行污水處理工程的測(cè)量時(shí)，為了保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要通過(guò)自動(dòng)測(cè)量與人工調(diào)整相結(jié)合的方式對(duì)攝像機(jī)的鏡頭進(jìn)行定焦，找到畸變與焦距的關(guān)系特點(diǎn)，確保水體污染測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

在城市規(guī)劃測(cè)量的過(guò)程中，使用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠明顯改善測(cè)量平差規(guī)定限差值和外業(yè)測(cè)量觀察值的符合度，同時(shí)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了城市規(guī)劃的測(cè)量精度，減少了建筑分布規(guī)律和數(shù)據(jù)分布特征之間的誤差，具體的應(yīng)用要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

首先，在城市化推進(jìn)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量關(guān)系到城市規(guī)劃的效果，此時(shí)應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，能夠?qū)Τ鞘械牡匦?、區(qū)域分布等數(shù)據(jù)進(jìn)行精確采集，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析能夠保障城市規(guī)劃的科學(xué)性與合理性。在進(jìn)行某些特定區(qū)域的測(cè)量時(shí)，相比于城市整體規(guī)劃，其測(cè)量面積要小得多，此時(shí)應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、多角度的信息采集，同時(shí)，由于該過(guò)程使用傾斜測(cè)量的方式，為了保障測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要科學(xué)選擇傾斜角度。

3.4 在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

礦山領(lǐng)域的發(fā)展決定我國(guó)礦產(chǎn)資源的使用情況，而礦產(chǎn)資源又是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力，因此，需要充分做好礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與管理工作。于是將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用到礦山測(cè)量中，為我國(guó)礦山行業(yè)健康、持續(xù)的發(fā)展提供了保障。

在進(jìn)行礦山開(kāi)采之前，可以利用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)礦山的地質(zhì)進(jìn)行全面測(cè)量，找到最佳開(kāi)采位置，能夠有效降低礦山開(kāi)采對(duì)其他領(lǐng)域的影響并保障礦山開(kāi)采的質(zhì)量和效率。在進(jìn)行礦山治理時(shí)，可利用傾斜測(cè)量的方式獲取礦山區(qū)域的實(shí)際情況，在此基礎(chǔ)上結(jié)合治理標(biāo)準(zhǔn)有效推動(dòng)了礦山治理工作的落實(shí)。另外，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)采集數(shù)據(jù)的分析與處理可以得到礦山區(qū)域的三維模型，將礦山的實(shí)際情況直觀地展現(xiàn)出來(lái)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行災(zāi)害預(yù)警、綜合治理等有效保障了礦山行業(yè)的發(fā)展。

3.5 在災(zāi)害救援中的應(yīng)用

我國(guó)地大物博，因此會(huì)出現(xiàn)不同類型的自然災(zāi)害。為了降低自然災(zāi)害造成的損失，需要提高災(zāi)害救援的效率，這就要求必須在極短的時(shí)間內(nèi)完成災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的測(cè)繪工作，而無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)正在于其測(cè)量的高效性與準(zhǔn)確性。通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中多角度拍攝，能夠快速獲取災(zāi)害區(qū)域的地形信息并以影像資料的方式呈現(xiàn)出來(lái)，能夠幫助救援人員分析災(zāi)害發(fā)生的強(qiáng)度、范圍等，之后制定針對(duì)性的救援方案，將各方面損失降到最低。

以常見(jiàn)的地震為例。我國(guó)地震災(zāi)害多發(fā)生在西南地區(qū)和西北地區(qū)，環(huán)境相對(duì)復(fù)雜、惡劣，依靠其他測(cè)量方式很難達(dá)到預(yù)期的測(cè)量效果，而無(wú)人機(jī)航測(cè)能夠?qū)崟r(shí)獲取災(zāi)害區(qū)域的影響，以此指導(dǎo)后續(xù)救援工作的高效進(jìn)行，有效提高了災(zāi)害救援工作的質(zhì)量。

3.6 在其他工程中的應(yīng)用

除了上述的工程應(yīng)用外，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在以下工程中也有廣泛的前景。

首先，在特殊地形測(cè)量工程中，若堅(jiān)持以往的測(cè)量方式，不僅會(huì)投入大量的人力與物力，還會(huì)對(duì)測(cè)量人員的人身安全以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性造成影響。于是相關(guān)單位積極引入了新型測(cè)量技術(shù)如遙感技術(shù)、GPS測(cè)量技術(shù)等，其中，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用最多。其次，在土地開(kāi)發(fā)管理工程中，為了保障資源整治、土地規(guī)劃的合理性，需要對(duì)開(kāi)發(fā)區(qū)域進(jìn)行全面測(cè)量，可通過(guò)GIS技術(shù)、GPS技術(shù)、遙感技術(shù)、數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)等進(jìn)行，其中，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)引起時(shí)效性高、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，為土地開(kāi)發(fā)管理工作提供了極大的便利。最后，在國(guó)土調(diào)查工程中，為了保障調(diào)查工作的有序進(jìn)行，需要通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)科學(xué)的設(shè)計(jì)調(diào)查路線，避免了重復(fù)調(diào)查問(wèn)題，同時(shí)，無(wú)人機(jī)航測(cè)能夠準(zhǔn)確采集國(guó)土數(shù)據(jù)，極大地簡(jiǎn)化了國(guó)土調(diào)查流程。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，時(shí)代的進(jìn)步推動(dòng)無(wú)人機(jī)航機(jī)技術(shù)的發(fā)展，因其具有操作靈活、測(cè)量效率高、測(cè)量成本低、控制測(cè)量范圍、數(shù)據(jù)處理快等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在水利、污水治理、城市規(guī)劃、礦山測(cè)量、災(zāi)害救援等工程的測(cè)量工作中，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方式存在的缺陷，同時(shí)也推動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的革新。因此，工程測(cè)量需要加大對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的重視，不斷發(fā)展無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)以發(fā)揮其最大的價(jià)值。