管成龍

湖北省國土測繪院，中國·湖北 武漢 430000

無人機(jī)；航空攝影；測量技術(shù)；工程測量；地質(zhì)測繪；地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防

1 引言

無人機(jī)攝影測量具有成本低、效率高、時(shí)效強(qiáng)、周期短、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，特別適合小面積作業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)續(xù)航能力也不斷提升，這樣就能高效率地獲取高分辨率的影像，進(jìn)而提高地形圖測繪的效率。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工程建設(shè)項(xiàng)目不斷增加，直接推動(dòng)著地形圖測繪工作的穩(wěn)步發(fā)展，這就對地測結(jié)果的質(zhì)量提出了更高的要求?；跓o人機(jī)航空測量技術(shù)存在諸多的優(yōu)勢，其被越來越廣泛地應(yīng)用到地形測繪中。無人機(jī)航空測量技術(shù)在地測工程中的意義是十分重大的。

2 無人機(jī)航空攝影測量的相關(guān)概述

2.1 無人機(jī)航測系統(tǒng)

無人機(jī)航測系統(tǒng)由無人機(jī)載體、飛行控制系統(tǒng)、影像獲取設(shè)備、數(shù)傳系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、地面接收終端、數(shù)字?jǐn)z影測量工作站和地面遙控裝置組成。在數(shù)據(jù)采集階段影像曝光的瞬間，飛行控制系統(tǒng)采集了像主點(diǎn)曝光瞬間的位置信息、姿態(tài)信息、影像參數(shù)等；將這些信息通過數(shù)傳系統(tǒng)和圖傳系統(tǒng)傳輸給地面設(shè)備；飛行完成后利用影像數(shù)據(jù)預(yù)處理檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，對不符合要求的數(shù)據(jù)實(shí)施補(bǔ)飛或重飛。

2.2 無人機(jī)低空攝影測量的特點(diǎn)及優(yōu)勢

2.2.1 無人機(jī)低空攝影測量的特點(diǎn)

結(jié)合導(dǎo)航技術(shù)以及攝影技術(shù)，無人機(jī)低空攝影技術(shù)有以下特點(diǎn)。首先，測量方式簡單，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量，且設(shè)備輕便。其次，測量精度高，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行精確控制，整個(gè)操作系統(tǒng)靈活、方便，適用范圍廣。最后，無人機(jī)低空攝影技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)方便用戶操作的應(yīng)急保護(hù)措施。

2.2.2 無人機(jī)低空攝影測量的優(yōu)勢

無人機(jī)低空攝影技術(shù)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在特殊的運(yùn)行環(huán)境中，能克服氣候影響，該技術(shù)靈活，易于操作，可應(yīng)用于多個(gè)場景和多個(gè)建筑的角度。即使無人機(jī)設(shè)備發(fā)生故障，它也不會對周圍人員造成危害，并且能及時(shí)保存部分特殊數(shù)據(jù)并向操作員提供幫助?？梢钥闯?，無人機(jī)的測量具有很高的安全性和實(shí)用性。該技術(shù)在城市測繪的運(yùn)用中，主要有以下優(yōu)勢。

第一，無人機(jī)低空攝影技術(shù)的高精度可以通過降低成本，改善人力和物力方面的浪費(fèi)，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)降低測繪成本。

第二，測繪技術(shù)在數(shù)字信息技術(shù)的影響下，具有更準(zhǔn)確的分辨率。在過去，城市測繪技術(shù)使用GNSS 和遙感技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和制圖，并且測試結(jié)果易受外部環(huán)境的影響，從而降低了測繪的質(zhì)量，而低分辨率也很難保證測繪的質(zhì)量。但是，現(xiàn)在無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)可以減少物理因素對測試結(jié)果的影響，并且可以對各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行多角度測量，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，并將其高分辨率呈現(xiàn)[1]。

3 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在工程測量和地質(zhì)測繪中的應(yīng)用

3.1 攝影控制點(diǎn)測量與布置工作

首先，在對目標(biāo)地區(qū)進(jìn)行無人機(jī)攝影測量過程中，要選擇地勢較為平緩且沒有高層建筑物遮擋的區(qū)域作為攝像的控制點(diǎn)，這樣可以減少環(huán)境因素導(dǎo)致降低攝像精度。需要注意的是，選擇的攝像控制點(diǎn)不能影響到周圍交通系統(tǒng)的運(yùn)行，如果周圍有強(qiáng)電磁輻射源，一定要保證控制點(diǎn)與輻射源的距離要大于標(biāo)準(zhǔn)的安全距離，確保超出五度重疊區(qū)域。如果是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者是山區(qū)進(jìn)行地籍測繪工作，一定要設(shè)置好相應(yīng)的區(qū)域網(wǎng)來輔助攝影工作，準(zhǔn)確、有效地將控制點(diǎn)設(shè)置工作真正落實(shí)到具體航拍區(qū)域內(nèi)。

其次，在無人機(jī)進(jìn)行航拍攝像過程中，應(yīng)該沿著航線前進(jìn)方向依次設(shè)置攝像控制點(diǎn)，每兩個(gè)相鄰的攝像控制點(diǎn)的間隔距離盡量保持200m。在確定好控制點(diǎn)位的具體位置之后使用顏色比較容易辨識的油漆進(jìn)行標(biāo)記，一般選擇比較醒目的紅色或者藍(lán)色。

最后，使用借助于CORS 網(wǎng)絡(luò)的RTK 系統(tǒng)，對不同測繪點(diǎn)攝像出來的像素點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)測量，最終要求地籍測繪工作的測繪參數(shù)值低于3cm，然后計(jì)算出平均值，這樣才能保證點(diǎn)位的空間位置測繪工作能落實(shí)到準(zhǔn)確的具體位置。

3.2 像控點(diǎn)布設(shè)的應(yīng)用

在地測工作中應(yīng)用無人機(jī)航空測量技術(shù)時(shí)，要對像控點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，該環(huán)節(jié)主要有兩個(gè)內(nèi)容：①布設(shè)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)。利用GPS 對控制點(diǎn)進(jìn)行測量。②利用網(wǎng)絡(luò)對流動(dòng)站進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置，讓無人機(jī)與終端能時(shí)刻保持高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，通過流動(dòng)站對手薄運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測量，而在設(shè)置投影參數(shù)時(shí)，要根據(jù)地理坐標(biāo)進(jìn)行，使整個(gè)通信數(shù)據(jù)更加可靠[2]。

3.3 補(bǔ)測操作的應(yīng)用

應(yīng)用無人機(jī)航測技術(shù)對地物展開測量，需要相關(guān)人員對測量盲點(diǎn)引起重視，對測量區(qū)域進(jìn)行充分的考慮，然后根據(jù)區(qū)域位置科學(xué)地進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了讓盲區(qū)測量數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)任何遺漏，就需要反復(fù)對比無人機(jī)航測技術(shù)所獲得的地測數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)遺漏就要進(jìn)行補(bǔ)測，只有這樣才能提高地測的質(zhì)量，完善地測數(shù)據(jù)。除此之外，要想更好地處理測量誤差和降低誤差的出現(xiàn)，就要預(yù)訂參數(shù)和操作模式，這樣才能提高地測工作質(zhì)量，讓無人機(jī)航測技術(shù)有效應(yīng)用。

3.4 區(qū)域測繪

關(guān)于基于3D 建?；A(chǔ)架構(gòu)的無人機(jī)技術(shù)的操作，該技術(shù)可應(yīng)用于特殊高度的測繪，對于突破當(dāng)?shù)亟ㄖ锏臉?biāo)高具有重要意義。例如，無人機(jī)低空攝影技術(shù)可以消除地理缺陷，并在某些高海拔地區(qū)獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析和技術(shù)創(chuàng)新中，測繪技術(shù)已經(jīng)可以測量海拔5500m 以上的建筑物并保持城鄉(xiāng)顯示很清楚，以后可以用作測繪數(shù)據(jù)中介的基礎(chǔ)。同時(shí)，借助無人機(jī)技術(shù)和安裝在機(jī)身上的攝像機(jī)，可以隨時(shí)采集地理信息，以實(shí)現(xiàn)測量1:2000km2約6800km2的大比例尺地形圖，為中國的城市化規(guī)劃和土地改革奠定了基礎(chǔ)。借助無人機(jī)技術(shù)，全面提高了測繪的效率和質(zhì)量，并且為多區(qū)域的建筑提供了更清晰的數(shù)據(jù)規(guī)劃圖，以減少外業(yè)數(shù)據(jù)測量造成的人力資源浪費(fèi)[3]。

3.5 無人機(jī)航空攝影

對于無人機(jī)航空攝影技術(shù)的應(yīng)用過程中，無人機(jī)航空攝影技術(shù)主要是依賴于像片控制測量，它是提高整個(gè)測量精準(zhǔn)度的關(guān)鍵像片控制測量中最重要的環(huán)節(jié)。提高像控點(diǎn)的布置能保證測量的準(zhǔn)確性，如果其布置不合理就會降低影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在后期的數(shù)據(jù)處理過程中，通過空中三角加密測量技術(shù)的應(yīng)用，確保測量區(qū)域地貌變化的密切觀察。因此，為了保證無人傾斜影像測量技術(shù)的高效與影像數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量，通常在地形變化幅度較小的地區(qū)使用該技術(shù)，能合理地降低像控點(diǎn)布置的密度。而在一些地形變化幅度較大的地區(qū)，可適當(dāng)?shù)脑黾酉窨攸c(diǎn)布置的密度。整體而言，在像控點(diǎn)控制的過程中需要注意以下幾個(gè)方面。

首先，像控點(diǎn)一般布置需要在容易識別的物體地貌上，并且布置的監(jiān)控點(diǎn)必須是唯一的、準(zhǔn)確的。通常情況下，會設(shè)置在比較小的山頭舔腳等部位。

其次，位于測繪區(qū)域范圍以外的像控點(diǎn)的目的在于控制測繪區(qū)域。

最后，對于圖幅邊緣的像控點(diǎn)一般不設(shè)在圖框輪廓以外。對于植被發(fā)育比較密集的地區(qū)，不宜進(jìn)行像控點(diǎn)的布置。通過上述合理的監(jiān)控點(diǎn)布置，能有效地提高測量的精準(zhǔn)度，降低測量的難度，提高整個(gè)測繪工作的準(zhǔn)確性。

3.6 無人機(jī)航空攝影測量在地質(zhì)測繪和災(zāi)害預(yù)防的應(yīng)用

無人機(jī)數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。在一些自然災(zāi)害等突發(fā)事件處理中，由于危險(xiǎn)性、時(shí)間性等因素，無人機(jī)攝影測量更有著獨(dú)特的優(yōu)勢。2008年中國四川省“5.12”汶川地震、2014年“8.3”云南省魯?shù)榈卣鹬袩o人機(jī)在搶險(xiǎn)救災(zāi)工作中都發(fā)揮了重要作用，用無人機(jī)航拍手段收集地震災(zāi)害造成的損失數(shù)據(jù)、對災(zāi)區(qū)損失財(cái)產(chǎn)的評估及災(zāi)后重建和生產(chǎn)自救提供了寶貴的參考資料。無人機(jī)數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)除了在滑坡等地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中，如監(jiān)控喀斯特石漠化、林火監(jiān)測系統(tǒng)、城市結(jié)構(gòu)損傷開展評估研究、核污染探測及定量化研究、非法廢棄堆積物（固體垃圾等）監(jiān)測等其他自然災(zāi)害調(diào)查分析中也有大量應(yīng)用。另外，利用無人機(jī)技術(shù)在氣象監(jiān)測、森林資源調(diào)查、環(huán)境評估、土地規(guī)劃等領(lǐng)域也有較為廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語

當(dāng)前，中國無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在工程建設(shè)的過程中發(fā)揮了非常重要的作用，該技術(shù)具有清晰度高操作簡便，成本較低等優(yōu)勢，因此受到了相關(guān)企業(yè)的高度重視。與傳統(tǒng)的工程測量和地質(zhì)測繪技術(shù)相比，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用范圍在逐漸地?cái)U(kuò)大，并且提高了測量的準(zhǔn)確性，為中國工程建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。