王衛(wèi)勝

（甘肅遠騰勘測設(shè)計工程有限公司，甘肅 蘭州 730050）

1.無人機航測技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

無人機航測技術(shù)是將無人機作為飛行平臺，在平臺中配置高分辨率攝影儀器與激光雷達等裝置，基于影像信息采集系統(tǒng)，遠程控制機載設(shè)備開展測繪影像采集與同步傳輸作業(yè)，從而實時掌握測區(qū)情況。同時，影像信息采集系統(tǒng)由地面監(jiān)控以及飛行控制系統(tǒng)加以組成。在無人機航測期間，地面監(jiān)控系統(tǒng)負責(zé)對所獲取影像信息進行整合預(yù)處理、質(zhì)量檢測、構(gòu)建三維立體模型與生成核線影像。而飛行控制系統(tǒng)負責(zé)操控?zé)o人機按預(yù)定航線飛行，將航線重疊度與旁向重疊度分別控制在70%與50%。在特殊情況下，工作人員遠程控制無人機躲避障礙物與修改航線[1]。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢

1.2.1 機動靈活

與傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)相比，無人機航測技術(shù)具有快速航測反應(yīng)能力，無人機往往處于低空飛行狀態(tài)，飛行質(zhì)量、機身顛簸度與測量精度并不會受到氣候條件的明顯影響，且空域申請較為便利。同時，在無人機飛行期間，當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)向變化時，雖然會對無人機飛行線路造成影響，但依靠飛行控制系統(tǒng)，可以在短時間內(nèi)對無人機航線進行修正處理，以減小外部環(huán)境對測量精度造成的影響。

此外，無人機作為一種小型飛行器，對起降場地要求較低，僅需在一段較為平整的路面，即可安全完成無人機起降操作，并將升空準備時間控制在15min以內(nèi)。而在測區(qū)現(xiàn)場地質(zhì)條件過于復(fù)雜時，無法通過自力發(fā)射方式起飛時，工作人員還可選擇采取彈簧起飛與垂直起飛方式，向無人機提供充足的升力。

1.2.2 測量精度高

在無人機航測系統(tǒng)中搭載有數(shù)字彩色航攝相機與數(shù)碼相機等設(shè)備，在系統(tǒng)運行期間，可以持續(xù)獲取超高分辨率的數(shù)字影像以及高精度定位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)信息生成三維景觀模型及三維正射影像圖，最終測量的成像質(zhì)量與精度都明顯超過大飛機航拍測量成果。同時，無人機航測技術(shù)還可以切實滿足不同類型工程測量任務(wù)的精度要求。例如，將無人機航測系統(tǒng)切換至低空遙感模式，在低空與超低空環(huán)境下完成測量作業(yè)，持續(xù)采集低空精準數(shù)據(jù)，滿足應(yīng)急救災(zāi)等測量任務(wù)的作業(yè)需求。同時，將系統(tǒng)切換至高空作業(yè)模式，持續(xù)獲取高空信息數(shù)據(jù)，以滿足資源勘測等類型測量任務(wù)的作業(yè)需求。

1.2.3 檢測效率高

在應(yīng)用傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)時，往往面臨著數(shù)據(jù)時效性差的問題，存檔數(shù)據(jù)與編程拍攝獲取的影像數(shù)據(jù)時效性較差，無法在限定時間完成測量任務(wù)，且測量結(jié)果與測區(qū)實際情況不符。無人機航測技術(shù)的應(yīng)用，可以同步傳輸所獲取的影像信息，并開展數(shù)據(jù)處理操作，從而向用戶實時提供所需成果。從檢測效率來看，無人機航測系統(tǒng)每天可完成數(shù)十至上百平方公里區(qū)域的測量作業(yè)，實際測量效率遠超過人工測繪。

1.3 技術(shù)要求

為充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，最大程度減小外部環(huán)境與人為等因素對工程測量精度造成的影響，在應(yīng)用無人機航測技術(shù)時，必須滿足以下技術(shù)要求：第一，系統(tǒng)全面檢查。對所配置數(shù)碼相機與數(shù)字彩色航攝相機等設(shè)備的運行狀態(tài)進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備潛伏故障。同時，根據(jù)工程測量作業(yè)需求，對無人機航測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與使用功能進行優(yōu)化調(diào)整。第二，對測區(qū)現(xiàn)場環(huán)境進行初步勘察，判斷是否具備無人機起降條件，結(jié)合地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)與氣候條件來規(guī)劃無人機航線。第三，在無人機航測期間，工作人員必須嚴格遵循技術(shù)流程，禁止出現(xiàn)違章操作與私自篡改航測流程等問題。

2.無人機航測技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用流程（圖1）

2.1 檢查校正設(shè)備

在無人機航測前，工作人員對機載設(shè)備與無人機運行工況進行全面檢查，重點檢查是否存在設(shè)備缺失損壞、攝影設(shè)備成像清晰度不達標、數(shù)據(jù)采集器精度不達標等問題，檢修或更換故障設(shè)備，減小設(shè)備因素對測量精度造成的影響。隨后，將無人機放至彈射架上，對無人機的姿態(tài)角度加以測量調(diào)整，依次測試無人機的機頭、機身與尾翼等部位是否可以按指令操作。在確定一切無誤后，將飛行控制系統(tǒng)與機載航拍相機進行連接，將降落傘包處于待命狀態(tài)，準備開展無人機起飛操作[2]。

圖1 無人機工程測量流程圖

2.2 控點布設(shè)及航線規(guī)劃

在控點布設(shè)及航線規(guī)劃環(huán)節(jié)，應(yīng)掌握以下技術(shù)要點：第一，對測區(qū)現(xiàn)場地質(zhì)條件與天氣條件進行采集分析，根據(jù)測區(qū)情況，將測區(qū)劃分為若干區(qū)域，在各區(qū)域內(nèi)均設(shè)置采集點，根據(jù)各區(qū)域地貌結(jié)構(gòu)確定采集點數(shù)量與間隔距離，以此來減小地形條件對測量精度造成的影響。第二，以測區(qū)現(xiàn)場氣候條件為主要依據(jù)，合理規(guī)劃無人機航線，嚴格控制航線重疊度與旁向重疊度，并保持無人機航線與周邊障礙物間的安全間隔距離，避免無人機在飛行期間受風(fēng)力影響與周邊障礙物相碰撞。第三，在惡劣氣候條件下，需要對無人機航線進行優(yōu)化調(diào)整，在必要情況下禁止開展無人機航測作業(yè)。

2.3 數(shù)據(jù)采集與測繪影像的獲取

在無人機航測期間，工作人員遠程對無人機航測系統(tǒng)進行控制，或是基于程序運行準則，采取多元化無人機航攝手段持續(xù)獲取測區(qū)內(nèi)所拍攝的影像資料，常用無人機航攝手段包括豎直攝影像、多基線攝影、交向攝影以及傾斜攝影等。隨后，對多視影像數(shù)據(jù)進行匹配處理，在數(shù)據(jù)匹配結(jié)果基礎(chǔ)上構(gòu)建空中三角測量網(wǎng)絡(luò)，對數(shù)據(jù)進行光束平差處理。與此同時，在必要情況下，可選擇使用DOM與DEM等產(chǎn)品，依靠無人機航測系統(tǒng)自動開展數(shù)據(jù)采集與測繪影像獲取作業(yè)[3]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

在無人機航測數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，主要分為數(shù)據(jù)準備以及數(shù)據(jù)解算步驟。其中，在數(shù)據(jù)準備步驟，工作人員將無人機航測系統(tǒng)中所存儲測繪影像數(shù)據(jù)進行導(dǎo)出，對航拍位置以及影響數(shù)據(jù)進行處理，如調(diào)整旁向傾斜角與分類整理航測數(shù)據(jù)信息等。同時，對影像數(shù)據(jù)質(zhì)量與無人機整體情況加以檢查評估，如貼線率及姿態(tài)角度，如果評估結(jié)果不佳，表明所獲取測繪影像的完整度與成像質(zhì)量較差，在必要情況下進行復(fù)飛。而在數(shù)據(jù)解算步驟，根據(jù)已知數(shù)據(jù)信息構(gòu)建位置坐標體系，繪制位置坐標圖，將坐標值與測區(qū)現(xiàn)場實際位置加以匹配處理。隨后，對相應(yīng)參數(shù)進行處理規(guī)劃，基于控制點位置選擇坐標體系，并完成DOM數(shù)據(jù)處理作業(yè)即可[4]。

3.無人機航測技術(shù)在工程測量中的具體應(yīng)用

3.1 在環(huán)境治理工程中的應(yīng)用

在環(huán)境治理工程中，對無人機航測技術(shù)的應(yīng)用，可以有效減小復(fù)雜氣候條件對環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量造成的影響，全面掌握測區(qū)生態(tài)環(huán)境情況，為后續(xù)環(huán)境治理工作的開展提供信息支持。例如，在水環(huán)境治理工程中，無人機航測技術(shù)的應(yīng)用價值包括：第一，可見光波段提取植物。采取變通VDVI算法，采取可見光波段提取法，在短時間內(nèi)即可從所獲取測繪影像中提取植被特征，以判斷水環(huán)境中藍藻等水生植物的生長情況，判斷是否存在水生植物過度繁殖問題。第二，應(yīng)急快速成圖。在特殊情況下，為快速掌握測區(qū)環(huán)境情況，需要運用無人機航測技術(shù)，迅速掌握測區(qū)相關(guān)情況，運用無人機在高空快速獲取測區(qū)影像資料，并在服務(wù)器端直接完成數(shù)據(jù)處理與計算過程，從而生成鑲嵌正射影像、DSM影像與DTM影像等成果。

3.2 在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

當(dāng)前在部分工程項目中，現(xiàn)場地質(zhì)條件較為復(fù)雜，分布著湍急河流、險灘、峽谷等復(fù)雜地形，受到地理環(huán)境限制，傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)與人工測量技術(shù)不具備實際應(yīng)用價值，測量精度較低，在測量期間容易出現(xiàn)突發(fā)問題。無人機航測技術(shù)的應(yīng)用，可以有效解決以上問題。首先，工作人員通過無人機航測系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)，可以遠程調(diào)整航攝相機角度來獲取測繪影像，全面掌握測區(qū)情況與地物信息。其次，面對河流險灘等復(fù)雜地形，憑借無人機機動靈活優(yōu)勢，工作人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況實時調(diào)整機身修正無人機航線，并操縱無人機開展各項高難度飛行動作，將無人機與各類障礙物保持安全間隔距離。最后，開發(fā)低空無人機航測遙感系統(tǒng)，組合應(yīng)用遙感技術(shù)與無人機航測技術(shù)，系統(tǒng)自動對無人機飛行期間所產(chǎn)生機械振動誤差加以分析修正，以此提高測量精度及測繪影像質(zhì)量。

3.3 在地形圖測繪中的應(yīng)用

近年來，隨著技術(shù)體系的日益完善，無人機航測技術(shù)在大范圍地形圖測繪方面中得到廣泛應(yīng)用，且地形測繪精度滿足絕大多數(shù)工程1∶2000的測量精度要求。例如，在無人機航測期間，在系統(tǒng)中下載并識別DOM數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上創(chuàng)建道路、路堤與建筑房屋等地物標高（圖2）。隨后，依據(jù)DOM數(shù)據(jù)進行分類處理，從所獲取測繪影像資料中提取地物矢量特征，并對數(shù)據(jù)進行校正細化處理，以此來構(gòu)建DOM圖形。最后，向CAD軟件中導(dǎo)入矢量化成果，將成圖要求為依據(jù)，對測區(qū)地圖進行整飾處理，如此，即可生成DMG格式成果，完成地形圖測繪任務(wù)。

圖2 無人機航測技術(shù)在城市測繪中的應(yīng)用

3.4 在多尺度大范圍遙感影像快速獲取中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)相比，在多尺度大范圍遙感影像獲取方面，無人機航測技術(shù)的核心優(yōu)勢在于，可組合運用空中三角測量技術(shù)，提前在航測系統(tǒng)中設(shè)定飛行參數(shù)，結(jié)合測區(qū)情況規(guī)劃無人機航線，無人機即可在航測期間持續(xù)獲取具備地理坐標的正射影像信息，快速處理由數(shù)量不等影像所組成的測繪項目。同時，對調(diào)節(jié)波段權(quán)重、均值因子與尺寸等參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，以及對無人機飛行姿態(tài)的調(diào)整，具備了獲取“多尺度”影像數(shù)據(jù)與大范圍遙感影像的技術(shù)條件，這對工程測量精度與遙感影像質(zhì)量的提升有著重要意義。

4.結(jié)語

在現(xiàn)代工程項目中，為全面提高工程測量精度及作業(yè)效率，突破傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用局限，企業(yè)必須提高對無人機航測技術(shù)的重視程度及應(yīng)用力度，深入了解技術(shù)原理與優(yōu)勢特點，結(jié)合工程情況針對性制定無人機航測技術(shù)方案，保證航測過程科學(xué)合理。