工程測繪中無人機遙感測繪技術(shù)的應(yīng)用

張曉，王韻程

（山東衛(wèi)測地理信息科技有限公司，山東 濱州 251900）

工程測繪具有嚴謹、費時、工作量大的特征。單靠人工進行工程測繪不僅費時、費力，而且容易影響工程的測繪效果。在信息技術(shù)、計算機技術(shù)、遙感技術(shù)等快速發(fā)展的背景下，無人機遙感測繪技術(shù)出現(xiàn)在工程測繪領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，已經(jīng)依托無人機遙感測繪技術(shù)取得了豐富的工程建設(shè)成果?？梢?，無人機遙感測繪技術(shù)對于優(yōu)化工程建設(shè)具有不可或缺的意義。因此，更加需要重視無人機遙感測繪技術(shù)，科學將無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用在工程測繪中，便于保證工程建設(shè)水平。

1 無人機遙感系統(tǒng)組成

無人機遙感技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，就受到了諸多人的關(guān)注。從目前現(xiàn)狀來看，我國研究人員正積極開發(fā)無人機遙感技術(shù)，不斷強化無人機遙感技術(shù)性能。為進一步了解無人機遙感技術(shù)，有必要研究無人機遙感系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，無人機遙感系統(tǒng)主要由以下7大部分組成。

（1）飛行平臺。飛機的機體、供電、傳感器、導航器和推進設(shè)備等是飛行平臺的重要組成部分。用于無人機的飛機總重量、飛行速度控制、續(xù)航能力、抵御風能力等應(yīng)當達到相應(yīng)標準，否則，就不應(yīng)該用于飛行。無人機（航空攝影測量）基本參數(shù)要求見表1。

表1 無人機（航空攝影測量）基本參數(shù)要求

（2）飛行導航與控制系統(tǒng)。飛行導航，即GPS接收機，在GPS接收機的作用下，就可以確保無人機按照正確的方向飛行，避免偏離目標。轉(zhuǎn)速傳感器和IMU/GPS系統(tǒng)是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，影響著飛機飛行的穩(wěn)定性、安全性。飛行控制系統(tǒng)在無人機飛行過程中發(fā)揮著重要作用，因此，一定要不斷提升飛行控制系統(tǒng)的性能。

（3）遙感設(shè)備。高分辨率數(shù)碼相機、多光譜成像儀、合成孔徑雷達、紅外掃描儀等屬于遙感設(shè)備。在遙感設(shè)備的作用下，就可以使飛機在飛行狀態(tài)下獲得圖像信息。遙感設(shè)備的性能影響著無人機應(yīng)用目標的達成情況，所以要確保遙感設(shè)備的性能。為保證無人機的應(yīng)用效果，必須提前檢查其傳感器，保證遙感器能夠正常使用。

（4）任務(wù)規(guī)劃與控制站。地面控制站是無人機遙感系統(tǒng)控制的中心，實時處理和顯示飛機在執(zhí)行任務(wù)中所采集的數(shù)據(jù)。另外，控制人員還會在地面控制站監(jiān)控飛機飛行，防止飛機在執(zhí)行任務(wù)的過程中出現(xiàn)問題。

（5）數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)。在飛機執(zhí)行任務(wù)的過程中會實時采集數(shù)據(jù)，由于飛機飛行狀態(tài)并不能夠總是與地平行，因此，所采集的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)存在一定的偏差。在數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)的作用下，就可以修正所采集的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性、可靠性。

（6）通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是用于數(shù)據(jù)交換與傳輸?shù)南到y(tǒng)。在通信系統(tǒng)的作用下，就可以保證通信質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)交換與傳輸水平。當前，我國不斷地升級通信系統(tǒng)，希望有效發(fā)揮通信系統(tǒng)的功能。

（7）發(fā)射與回收系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)是用于飛機起飛的系統(tǒng)，在發(fā)射系統(tǒng)的作用下，飛機就可以在起飛時獲得助力，從而進入常規(guī)飛行狀態(tài)。回收系統(tǒng)是在飛機完成任務(wù)后能夠安全著陸的系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)是在無人機飛行初始環(huán)節(jié)中發(fā)揮著重要作用，而發(fā)射系統(tǒng)在無人機飛機最終環(huán)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。

2 無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用規(guī)范

2.1 提出任務(wù)

相關(guān)人員提出無人機遙感測繪任務(wù)，明確測繪目標，確定測繪區(qū)域地點、范圍、內(nèi)容等，而測繪人員則接受任務(wù)，依據(jù)相關(guān)要求、規(guī)范，構(gòu)建完善的測繪方案，制定合理的測繪計劃，為無人機遙感測繪技術(shù)的高效應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2.2 航線設(shè)計

航線設(shè)計水平影響著無人機遙感測繪任務(wù)的完成水平、飛行安全等。在飛行作業(yè)前，有必要科學設(shè)計航線。航線設(shè)計的方法如下介紹：（1）基于目標快速定位的航線設(shè)計。在設(shè)計航線時，應(yīng)先了解飛行目標，清楚飛行高度，再確定航線。這樣不僅可以保證飛行效率，而且可以有效完成飛行任務(wù)。（2）基于區(qū)域影像獲取的航線設(shè)計。無人機遙感測繪任務(wù)包括測繪范圍，對于無人機來講，其就需要完成區(qū)域范圍內(nèi)的測繪任務(wù)。航線設(shè)計是獲得可靠測繪數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，所以要注重基于區(qū)域影像獲取范圍、要求，設(shè)計航線。其中，需要計算航帶間距、飛行高度以及航帶數(shù)目、長度等，以此提升航線設(shè)計水平。（3）回收航線設(shè)計。傘降回收、阻攔回收是常應(yīng)用的無人機回收方法。在回收無人機中，要提前設(shè)計回收點，方便回收。為盡可能地保證回收安全，提高對回收問題的處理水平，還需要設(shè)計應(yīng)急回收點。一般而言，應(yīng)急回收點應(yīng)當超過3個。

2.3 申請空域

測繪人員在執(zhí)行無人機遙感測繪任務(wù)前，需要向空域管理部門申請空中作業(yè)飛行許可證，防止在飛行作業(yè)中與其他飛機發(fā)生事故。在申請通過后，才可以執(zhí)行任務(wù)，反正則不能夠執(zhí)行任務(wù)。由此可見，申請空域也是執(zhí)行飛行任務(wù)的不可或缺的環(huán)節(jié)。申請空域?qū)τ诒Ｕ巷w行安全具有重要意義。

2.4 飛行作業(yè)

飛行作業(yè)即無人機執(zhí)行任務(wù)，為提高飛行作業(yè)水平，有必要把握飛行作業(yè)要點。（1）依據(jù)工程測繪方案，確定測區(qū)位置，了解測區(qū)天氣狀況。微風或無風且光照充足的天氣適合飛行。如果天氣情況符合飛行作業(yè)標準，就可以飛行，否則，就不可以飛行。在飛行作業(yè)中不僅需要注重天氣情況，而且需要控制飛行時間。一般而言，上午10點至下午2點是比較適合飛行作業(yè)的時間。（2）組裝無人機，保證飛行安全穩(wěn)定；調(diào)試地面系統(tǒng)，便于執(zhí)行測繪任務(wù)；連接無人機與地面系統(tǒng)，發(fā)揮地面系統(tǒng)對無人機監(jiān)控作用。（3）設(shè)置地面系統(tǒng)相機參數(shù)、航線等，為順利完成測繪任務(wù)提供可靠的保障。（4）操作地面系統(tǒng)，以完成對無人機起飛方式、航線飛行、圖像數(shù)據(jù)采集等控制工作。在采集了圖像數(shù)據(jù)后，就需要將其傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。（5）在飛行的過程中，有時并沒有按照原設(shè)定的方式采集圖像數(shù)據(jù)，這時地面控制人員就要根據(jù)測繪任務(wù)執(zhí)行情況，調(diào)整航行路線。在這種情況下，無人機就可以補拍測繪區(qū)域圖像，從而真正地完成測繪任務(wù)。（6）在無人機完成測繪任務(wù)后，就需要返航，降落到地面。（7）檢查無人機采集的圖像數(shù)據(jù)，如果所采集的圖像數(shù)據(jù)符合相關(guān)標準規(guī)范，符合測繪任務(wù)要求，就需要加工、分析這些數(shù)據(jù)信息。否則，就需要安排時間，執(zhí)行飛行任務(wù)，以便獲得有效的圖像數(shù)據(jù)信息。

2.5 遙感影像處理

在獲得遙感影像后，還需要對遙感影像進行處理，以此發(fā)揮遙感影像價值，為工程測繪、工程建設(shè)提供依據(jù)。遙感影像處理的要點如下：首先，對圖像數(shù)據(jù)進行預處理，即將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為后期處理所需的格式數(shù)據(jù)文件，保證后期處理效率。其次，將上一步驟處理的數(shù)據(jù)進行加密。航帶法、光束法常被應(yīng)用在數(shù)據(jù)加密中。其中，航帶法優(yōu)點為計算速度快，不過準確度不太高；光束法計算機精度高，但是計算速度慢。相關(guān)人員可以根據(jù)實際需求選擇航帶法、光束法加密數(shù)據(jù)。最后，進行DEM、DOM制作。通過自動匹配生成DSM，濾波后生成DEM，經(jīng)數(shù)字微分糾正、數(shù)字鑲嵌后，可生成數(shù)字正射影像（DOM）。為保證遙感影像處理效果，一定要按照相關(guān)規(guī)范處理遙感影像。

3 無人機遙感測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用案例分析

3.1 測區(qū)概況

本項目需對公路進行測繪，以輔助公路設(shè)計選線，成圖比例尺為1:1000。測繪區(qū)域位于市區(qū)北，而測區(qū)分類、區(qū)域、范圍，見表2。測區(qū)主要為農(nóng)區(qū)，地物簡單、居民地少，但是植物茂盛，并且植物生長范圍廣、面積大。測試當天天氣狀況好，利于執(zhí)行測繪任務(wù)。

表2 測區(qū)范圍

3.2 無人機遙感測繪設(shè)備

在工程測繪中應(yīng)用無人機遙感測繪設(shè)備有助于提高測繪效率，獲得真實、可靠的圖像數(shù)據(jù)。因此，本次在工程項目測繪工作中就使用了無人機遙感測繪設(shè)備。其中，選用IRSA-II型油動無人機+Nikon D800數(shù)碼單反相機，而無人機則采用了二沖程發(fā)動機。通過合理選擇無人機遙感測繪設(shè)備，就容易起到事半功倍的測繪效果。

3.3 無人機遙感測繪作業(yè)

（1）航線敷設(shè)。測區(qū)呈帶狀分布，無人機沿著帶狀的線路飛行即可。在無人機飛行前，做好了起降場地的選擇工作。即做好了航線敷設(shè)方面以及無人機起降方面的工作。在完成測區(qū)圖像攝影任務(wù)后，需要檢查圖像質(zhì)量。其中，需要從一般航向重疊、一般旁向重疊、測區(qū)成圖面積、實際航飛面積、影像目視效果等角度檢查圖像質(zhì)量。經(jīng)過檢查與分析，該無人機攝影質(zhì)量符合相關(guān)依據(jù)，有助于實現(xiàn)測繪目的，因此不用補飛。

（2）外業(yè)航攝測量。在無人機遙控起飛至200m高度后切換為地面站自駕模式。在本次項目中共飛行法了4個架次，獲得了符合相關(guān)標準規(guī)范的影像數(shù)據(jù)。

（3）外業(yè)像控測量。在本項目中，沿著測區(qū)周邊、內(nèi)部以5～6條攝影基線均勻布設(shè)，共布設(shè)像控77個，人工鋪設(shè)地標、GPS-RTK測量。

（4）外業(yè)質(zhì)量檢查。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，影響清晰、色差色調(diào)適中，有助于為公路設(shè)計選線提供科學依據(jù)。另外，影像地面的分辨率為0.10m（最大不超過0.12m），航向、旁向重疊度平均為73%、74%。此外，像控點滿足1:1000像控測量精度要求。總而言之，外業(yè)質(zhì)量檢查合格，圖像數(shù)據(jù)資料具有實際應(yīng)用價值。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)信息處理

設(shè)備配置是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)信息處理的基礎(chǔ)，內(nèi)業(yè)處理流程則是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)信息處理的依據(jù)，本次主要從設(shè)備配置、內(nèi)業(yè)處理流程兩個角度研究了本項目中涉及的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)信息處理事項。

（1）設(shè)備配置。設(shè)備的性能影響著測繪效果，在本次項目中主要應(yīng)用了來自武漢適普軟件有限公司的軟件、設(shè)備。所應(yīng)用的設(shè)備類型以及數(shù)量具體如下介紹：數(shù)據(jù)工作站1臺；空三加密軟件2套；數(shù)據(jù)編輯軟件5套；高配置計算機5臺。通過將這些軟件與設(shè)備應(yīng)用在本次測量工作中，就可以更好地確保公路路線選擇效果。

（2）內(nèi)業(yè)處理流程。該項目的業(yè)務(wù)處理流程包括數(shù)字航空影像、自動空中三角測量、定向、橫線影像生成、影像自動匹配吧、等視差曲線編輯、DEM的生成、DEM拼接、等高線生成、DEM裁切、DEM接邊、檢測、成果檢查整理及驗收等多個流程。在內(nèi)務(wù)處理流程中，成果檢查整理及驗收是最后一步。在本次項目中，測區(qū)DOM、DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范標準。所以，成圖精度高，可以被作為公路路線選擇依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機遙感測繪技術(shù)對于推動工程建設(shè)事業(yè)發(fā)展具有重要作用。當前，無人機遙感測繪技術(shù)已經(jīng)進入一個新的發(fā)展階段，大大提升了應(yīng)用價值?，F(xiàn)如今，無人機遙感測繪技術(shù)常被應(yīng)用在工程測繪中。經(jīng)過使用無人機遙感測繪技術(shù)，工程測繪的成本逐漸降低，測繪質(zhì)量不斷提高。所以，無人機遙感測繪技術(shù)更是得到了人們的廣泛關(guān)注。為進一步強化無人機遙感測繪技術(shù)應(yīng)用效果，有必要考慮各種與測繪工作相關(guān)的要素，構(gòu)建完善的工程測繪規(guī)劃，科學利用無人機遙感測繪技術(shù)完成測繪任務(wù)，進而為工程建設(shè)提供真實、全面的信息依據(jù)，從而提高工程的建設(shè)質(zhì)量。