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工程測量測繪之無人機(jī)航拍技術(shù)要點(diǎn)探討

2017-07-19 00:59李厚春
卷宗 2017年15期
關(guān)鍵詞:無人機(jī)要點(diǎn)

李厚春

摘 要:隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,工程測量測繪中的無人機(jī)航拍技術(shù)吸引了世界各國的目光。本文先是對無人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行簡述,然后探討了工程測量測繪中的無人機(jī)航拍的技術(shù)要點(diǎn),最后分析介紹了無人機(jī)航拍技術(shù)在工程測量測繪中的實(shí)際運(yùn)用。

關(guān)鍵詞:工程測量測繪;無人機(jī);航拍技術(shù);要點(diǎn)

1 無人機(jī)航拍技術(shù)概述

無人機(jī)航拍技術(shù),是一種集成了高空拍攝、遙控、遙測技術(shù)、視頻影像微波傳輸和計(jì)算機(jī)影像信息處理的新型應(yīng)用技術(shù)。

(一)無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)航拍技術(shù)發(fā)展的前提是無人機(jī)的出現(xiàn)。無人機(jī),顧名思義,是一種不載人的航空器,主要包括固定翼型無人機(jī)、無人駕駛直升機(jī)兩類。之所以可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛,是由工程師在地面上通過無線電遙控設(shè)備操控機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)而進(jìn)行的。無人機(jī)的出現(xiàn),一開始主要是為了開展有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù),如危險(xiǎn)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、空中救援指揮和環(huán)境遙感監(jiān)測。經(jīng)過幾代產(chǎn)品的更新,無人機(jī)由最開始的主要是在軍事上的應(yīng)用后來逐漸發(fā)展到用于作戰(zhàn)、偵察及民用遙感飛行平臺、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。在工程測量中運(yùn)用無人機(jī),能夠有效解決小面積低空攝影存在的問題。無人機(jī)的實(shí)際操作使用步驟主要包括以下幾個方面:野外像控點(diǎn)的布設(shè)和測量、取得測區(qū)資料數(shù)據(jù)、內(nèi)業(yè)空三加密以及數(shù)字測圖。

(二)機(jī)載遙感設(shè)備

要讓無人機(jī)航拍得以實(shí)現(xiàn),除了無人機(jī)這個“空中平臺”外,還需要能夠獲取信息、處理圖像信息、并能夠按照一定的精度要求制作成像的機(jī)載遙感設(shè)備,這些機(jī)載遙感設(shè)備都具有體積小、精度高、儲存量大的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前使用的主要有高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、紅外掃描儀、磁測儀等。根據(jù)不同類型的遙感任務(wù),選用不同的機(jī)載遙感設(shè)備。目前,制造的數(shù)字航空測量相機(jī)已經(jīng)可以達(dá)到很高的像素,能夠在航拍時,同時拍攝彩色、紅外、全色的高精度航片。此外,科學(xué)家們?yōu)榱四軌蛱岣哌b感飛行的效率,還同過使用多臺哈蘇相機(jī)進(jìn)行組合照相。這些機(jī)載遙感設(shè)備不僅僅能夠?qū)こ痰撵o態(tài)、物理幾何結(jié)構(gòu),還可以進(jìn)行一種動態(tài)地全過程監(jiān)測、把握實(shí)時的微小變化、通過對觀測結(jié)果的比較分析,從而對即將出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)防、防患于未然,同時能夠?qū)ξ矬w未來的發(fā)展變化趨勢進(jìn)行預(yù)測。

(三)無人機(jī)影像處理流程

無人機(jī)利用機(jī)載遙感設(shè)備獲取影像資料以后,根據(jù)POS相關(guān)數(shù)據(jù),自動建立航帶內(nèi)與航帶間的拓?fù)潢P(guān)系系統(tǒng)網(wǎng),航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)包括單次航飛時間設(shè)計(jì)、航飛架次設(shè)計(jì)和航帶帶寬劃分。而測區(qū)范圍的規(guī)劃,首先要設(shè)定測量區(qū)域最大外接矩形,得出測區(qū)四角標(biāo)注之后,計(jì)算航拍次數(shù)。根據(jù)控制網(wǎng)布設(shè)GPS控制點(diǎn)去構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域控制網(wǎng),根據(jù)典型地貌特征點(diǎn)的選擇、對測區(qū)現(xiàn)場進(jìn)行均勻布控。然后根據(jù)主點(diǎn)坐標(biāo)、對稱畸變參數(shù)和CCD非正方形比例參數(shù)進(jìn)行影像比例的糾正。第二步驟,根據(jù)區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算、加密點(diǎn)物方空間坐標(biāo)解算、影像的外方位元素,計(jì)算空中三角測量。最后,進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)匹配,即進(jìn)行多模型、多重疊DEM匹配、采集,以測區(qū)為單位創(chuàng)建像對正射影像。隨后生成DOM成果。

2 無人機(jī)航拍技術(shù)的要點(diǎn)

(一)無人機(jī)航拍的申報(bào)

對于無人機(jī)航拍,我國出臺了專門性的管理政策法規(guī),再加上無人機(jī)航拍自身的飛行特征,共同決定了無人機(jī)航拍的申報(bào)流程的獨(dú)特性。按照我國的政策法規(guī)對無人機(jī)進(jìn)行劃定,其屬于一種無人駕駛航空器,因此需要按照我國通用航空相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作和使用,如果嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行的話,只有具備執(zhí)照的人才能操作無人機(jī)進(jìn)行航拍作業(yè),我國在這方面也不斷加強(qiáng)管理的力度,目前主要的負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)為中國私用航空器擁有者及操作手協(xié)會。另外,在操作和使用無人機(jī)之前,還需要提前申報(bào)空域,并在飛行前的15小時就需要向管理部門申報(bào)飛行計(jì)劃,一般情況下,在發(fā)出申報(bào)3小時之內(nèi)就可以得到回復(fù)。但是為了確保安全,操作人員還需要在飛行之前再次通過電話進(jìn)行核實(shí)。

(二)航拍畫質(zhì)的穩(wěn)定

與消費(fèi)級無人機(jī)不同,航拍無人機(jī)對畫質(zhì)的要求更高,并不是隨便拍出分辨率較高的畫面就可以了,而是需要對目標(biāo)物進(jìn)行持續(xù)的、長時間的拍攝,對拍攝的要求非常高,拍攝角度和距離具有特定的要求,同時對目標(biāo)凝視和畫面防抖都具有較高的要求,這就需要在航拍無人機(jī)上安裝穩(wěn)定平臺,如陀螺儀穩(wěn)定的測距儀,這種設(shè)備首先在戰(zhàn)列艦上出現(xiàn)。由于無人機(jī)自身的特點(diǎn),對陀螺儀的靈活性和穩(wěn)定性都具有更高的要求,一般在無人機(jī)上使用重量小集成度高的微機(jī)電MEMS陀螺組件。此設(shè)備具有檢測平臺角度和角速的作用,并將信息反饋給平臺驅(qū)動電機(jī),這樣就可以減輕飛行器姿態(tài)變化的影響,保證平臺上的攝像機(jī)的視軸穩(wěn)定。

在風(fēng)力較大的情況下,要想拍出畫質(zhì)較好的影像,就需要熟練應(yīng)用云臺。在無人機(jī)飛行過程中,由于風(fēng)力較大,會執(zhí)行抗風(fēng)動作,這就導(dǎo)致機(jī)身出現(xiàn)傾斜或旋轉(zhuǎn)的情況,從而攝像頭與地平面發(fā)生傾斜,導(dǎo)致畫面的質(zhì)量下降。而使用云臺,則可以防止無人機(jī)傾斜導(dǎo)致攝像機(jī)傾斜,從而減少了風(fēng)力對拍攝造成的不利影響。在無人機(jī)上,保證拍攝質(zhì)量的重要設(shè)備為減振墊和減振橡膠。減振墊和減振橡膠具有減少機(jī)體振動對飛控部件的影響的作用,防止無人機(jī)拍攝出來的畫面會產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象。

(三)特殊環(huán)境中的使用

在低溫環(huán)境當(dāng)中,無人機(jī)要進(jìn)行操作需要提前對減振橡膠或者減振柱進(jìn)行更換,以便減輕低溫環(huán)境對拍攝質(zhì)量的不利影響。另外,無人機(jī)的鋰電池也容易受到低溫的影響,溫度越低,鋰電池的化學(xué)活性越低。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)電池溫度低于15℃的時候,其化學(xué)活性已開始降低,當(dāng)溫度更低的時候,鋰電池的放電能力顯著下降。因此,為了防止無人機(jī)墜毀,在操作無人機(jī)的時候,需要在低空懸停1分鐘以上,了解無人機(jī)在低溫環(huán)境中的表現(xiàn)情況,從而根據(jù)無人機(jī)的情況來調(diào)整飛行計(jì)劃。

在高原地區(qū)拍攝時,較小的空氣密度使無人機(jī)的旋翼需要更高的轉(zhuǎn)速來產(chǎn)生足夠的升力,此時無人機(jī)的耗電速度要比平時快。操作手要注意時刻監(jiān)控電池狀態(tài),以免無人機(jī)墜落。另外,高原地區(qū)操作手要準(zhǔn)備多塊電池,隨時準(zhǔn)備替換。這是因?yàn)楦咴貐^(qū)風(fēng)力較強(qiáng),無人機(jī)飛行需要耗費(fèi)大量的能力。

3 工程測量測繪之無人機(jī)航拍技術(shù)的運(yùn)用分析

我們在工程測繪測量中運(yùn)用無人機(jī)航拍技術(shù)能夠收集更加豐富、更加全面的資料。無人機(jī)攝影,可以提供一個不可替代的高位俯視角,反映一個地區(qū)、一個區(qū)域的全貌。還可以對某一具體物體進(jìn)行高清晰度拍攝,靈活方便。并且隨著科技的進(jìn)步,其拍攝的圖像也有分辨率逐步增高、單次航拍時間延長、單次航拍儲存信息容量逐漸擴(kuò)大等趨勢。例如無人機(jī)可以對礦山進(jìn)行測量,在煤炭資源開發(fā)的同時,加強(qiáng)對礦山周圍環(huán)境變化的把控,進(jìn)行有效的監(jiān)管。既實(shí)現(xiàn)了高效率的開采,又實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的保護(hù),雙管齊下。無人機(jī)還可以加強(qiáng)對礦山整體的整治,以便于對礦山資源的保護(hù)。整治自然少不了宏觀層面的指導(dǎo),尤其對礦山這種面積又大,開采過程中還極容易發(fā)生環(huán)境污染的區(qū)域。利用無人機(jī)航拍提供的結(jié)果,可以有針對性地采取措施,對自然資源進(jìn)行保護(hù)。無人機(jī)航拍技術(shù)已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展、應(yīng)急救災(zāi)、突發(fā)事件處置、數(shù)字城市建設(shè)、國土資源調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害、礦山監(jiān)測、環(huán)境變化監(jiān)測、工程設(shè)計(jì)等一系列國家重大需求的重要技術(shù)。

4 結(jié)束語

綜上所述,無人機(jī)航拍技術(shù)作為一種新型的技術(shù),具有其他產(chǎn)品不具有的突出優(yōu)勢。所以,我國應(yīng)該加大在無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的研究,加強(qiáng)與世界其他國家的經(jīng)驗(yàn)交流與合作。而無人機(jī)航拍技術(shù)的運(yùn)用也為現(xiàn)代工程測量測繪事業(yè)提供了便利,成為一種必不可少的手段。我們應(yīng)該把握這一未來的發(fā)展趨勢,促進(jìn)工程測量測繪之無人機(jī)航拍技術(shù)的發(fā)展,從而促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展!

參考文獻(xiàn)

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[3]王宗華.淺析無人機(jī)在城市規(guī)劃測量中的運(yùn)用[J].中華民居(下旬刊),2013,10:259-260.

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