王云超

（中牟縣天宇規(guī)劃測(cè)繪隊(duì)，河南 鄭州 451450）

1 航空攝影測(cè)繪的發(fā)展概述

具體而言，航空攝影測(cè)量技術(shù)是從空中視點(diǎn)拍攝完成測(cè)量測(cè)繪工作的技術(shù)。與傳統(tǒng)的測(cè)量測(cè)繪技術(shù)相比，航空攝影能夠以廣闊的視野完成測(cè)量和測(cè)繪，其應(yīng)用效果很快得到業(yè)界的認(rèn)識(shí)，并在測(cè)繪領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]。在航空攝影測(cè)量中，航空相機(jī)是測(cè)繪的重要裝置，是圖像獲取的關(guān)鍵。由于其性能和質(zhì)量直接影響后續(xù)測(cè)量和測(cè)繪操作的完成，因此必須仔細(xì)選擇空中攝像機(jī)。在社會(huì)發(fā)展的過程中，特定種類的空中攝像機(jī)越來越多樣化，因此所能提供的遙感圖像的形式也非常多樣。但是，就航空照相機(jī)而言，從非物理屬性方面來看，主要有兩種：一種是膠卷式照相機(jī)，另一種是數(shù)碼照相機(jī)。前者需要得到底片，通過它來拍照，然后打印出來；后者可以直接提供電子文件。隨著信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)得到了廣泛的使用，拍攝的數(shù)碼照片也有助于提高處理后的效率。與傳統(tǒng)飛機(jī)相比，無人機(jī)在便利性和靈活性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此可以說無人機(jī)與測(cè)繪的結(jié)合是必然發(fā)展。使用無人機(jī)航測(cè)不僅大大提高了測(cè)量和測(cè)繪的便利性，還大大降低了成本，提高了效率[2]。首先需要設(shè)定無人機(jī)的飛行路徑，然后完成拍攝系統(tǒng)和地面信號(hào)接收系統(tǒng)之間的連接，并設(shè)定飛行系統(tǒng)的正確參數(shù)，以此來完成航測(cè)。

2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)概述

2.1 原理

隨著測(cè)量測(cè)繪領(lǐng)域無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)測(cè)量測(cè)繪技術(shù)的水平得到了廣泛提高。無人機(jī)的航測(cè)技術(shù)是利用無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，將高分辨率攝影設(shè)備和激光雷達(dá)組成圖像采集同步傳輸?shù)倪h(yuǎn)程操作設(shè)備，實(shí)時(shí)掌握調(diào)查區(qū)域的情況。圖像信息獲取系統(tǒng)是由地面監(jiān)測(cè)和飛行控制系統(tǒng)組成。在無人機(jī)的航測(cè)中，地面監(jiān)視系統(tǒng)負(fù)責(zé)獲取的圖像信息的整合和預(yù)處理、質(zhì)量檢查、三維模型的構(gòu)建、核圖像的生成。飛行控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制按照預(yù)定路線飛行的無人機(jī)，在特殊情況下，工作人員要遠(yuǎn)程控制無人機(jī)以避開障礙物并改變路線。因此，無人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)可以在大規(guī)模的地形測(cè)繪任務(wù)中廣泛使用。在自動(dòng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件的幫助下，可以分析測(cè)繪數(shù)據(jù)，提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.2 優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)由于操作方便和體型較小，可以適應(yīng)野外地形拍攝。與傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)相比，無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)具有快速的航空測(cè)量響應(yīng)能力，無人機(jī)多處于低空飛行狀態(tài)，因此飛行應(yīng)用于空域更為方便[3]。在無人機(jī)飛行過程中，風(fēng)向變化會(huì)影響無人機(jī)的飛行路徑，但在飛行控制系統(tǒng)的幫助下，可以在短時(shí)間內(nèi)修改無人機(jī)的飛行路徑，降低外部環(huán)境對(duì)測(cè)量精度的影響。另外，作為小型飛機(jī)，無人機(jī)對(duì)著陸地點(diǎn)的要求較低，為了安全地完成無人機(jī)的著陸，將著陸點(diǎn)設(shè)在比較平坦的道路上，發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間控制在15分鐘以內(nèi)。但是，如果調(diào)查區(qū)的地質(zhì)條件太復(fù)雜，無人機(jī)將無法獨(dú)立起飛。在復(fù)雜地形的應(yīng)用中，無人駕駛飛行器的操作可以用于地形測(cè)繪，以提高測(cè)繪精度，滿足大規(guī)模地形圖的測(cè)繪要求。無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)配備了彩色數(shù)碼航空相機(jī)。在系統(tǒng)運(yùn)行中，可以持續(xù)獲取超高分辨率數(shù)字圖像和高精度定位數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)信息生成3D 景觀模型和3D 照片圖。最終測(cè)量的形象質(zhì)量和準(zhǔn)確度明顯超過了大飛機(jī)的航測(cè)結(jié)果。同時(shí)，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以有效滿足各種類型工程調(diào)查任務(wù)的精度要求。例如，將無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)切換至低高度遙感模式，在低高度超低高度環(huán)境下完成測(cè)量，并持續(xù)收集高度精度數(shù)據(jù)以滿足緊急情況下的救援等，以滿足資源調(diào)查和其他測(cè)量任務(wù)的運(yùn)行要求。無人機(jī)航測(cè)具有高度的自動(dòng)化，在飛行中自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析，不僅大大提高了航測(cè)數(shù)據(jù)獲取的效率，而且使用此數(shù)據(jù)執(zhí)行大規(guī)模地形映射將產(chǎn)生非常高的質(zhì)量。應(yīng)用傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)經(jīng)常會(huì)遇到數(shù)據(jù)及時(shí)性差的問題。存檔數(shù)據(jù)和程序拍攝獲取的圖像數(shù)據(jù)及時(shí)性差，會(huì)使測(cè)量任務(wù)無法在有限時(shí)間內(nèi)完成，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與調(diào)查區(qū)的實(shí)際情況相矛盾。通過應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可以同步發(fā)送獲取的圖像信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理操作，從而可以實(shí)時(shí)提供必要的結(jié)果。從檢測(cè)效率來看，無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)每天可以完成數(shù)百平方公里的測(cè)量，實(shí)際測(cè)量效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手動(dòng)測(cè)繪。

2.3 無人機(jī)航測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著近年來測(cè)量測(cè)繪技術(shù)的逐步提高，航空攝影測(cè)量技術(shù)得到了發(fā)展。從天空角度進(jìn)行俯視拍攝，不僅視野開闊，地圖形態(tài)多樣化，航空測(cè)量和測(cè)繪的適用性和有效性也會(huì)得到很大提高。航空攝影測(cè)量由飛機(jī)和其他飛行設(shè)備支持，航空攝影設(shè)備是固定的，按照確立的飛行路線完成一系列的航空攝影任務(wù)。在這個(gè)過程中，在航測(cè)儀器的支撐下，可以持續(xù)收集地面遙感影像，綜合控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用專業(yè)儀器處理數(shù)據(jù)，建立三維模型，獲取地圖產(chǎn)品。在不同階段，航拍的焦點(diǎn)也不同，獲取數(shù)據(jù)信息的價(jià)值也以不同。航測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)是航空攝影測(cè)量的主要方面，如圖像信息提取和三維結(jié)構(gòu)構(gòu)建等。與其他測(cè)繪軟件相比，無人機(jī)航測(cè)在后續(xù)處理中更可靠，可以將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存。由于無人機(jī)的機(jī)身較小，所以應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)受限制小，不會(huì)花太多時(shí)間。無人機(jī)航測(cè)需要在無人機(jī)飛行的幫助下，測(cè)量特定范圍內(nèi)的圖像，在圖像和視頻的獲取的幫助下，獲取特定的比例和數(shù)據(jù)信息。在功率驅(qū)動(dòng)器的幫助下，由專人遠(yuǎn)程控制。無人機(jī)不僅可以在航拍中發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，還可以在災(zāi)害救援和運(yùn)輸中發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，在測(cè)距方面具有低成本和特定的優(yōu)勢(shì)。今天，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)有一定的優(yōu)點(diǎn)，但需要克服一定的缺點(diǎn)，例如氣象條件、光線和其他因素都會(huì)影響數(shù)據(jù)測(cè)量。因?yàn)闊o人機(jī)航測(cè)的質(zhì)量與這些因素密切相關(guān)，所以調(diào)查者需要做出合理的選擇，設(shè)置測(cè)量的海拔和天氣路徑。

3 無人機(jī)航測(cè)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的有效應(yīng)用

3.1 無人機(jī)航測(cè)控制點(diǎn)的合理布設(shè)

在制定無人機(jī)航測(cè)的飛行路線和規(guī)劃采集圖像的信息點(diǎn)的過程中，以航測(cè)的原理為輔助，應(yīng)用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)法，可以合理配置圖像控制點(diǎn)，通常第一條路線和最后一條路線之間的配電必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。為了確保控制點(diǎn)布設(shè)方案的科學(xué)合理性，需要結(jié)合測(cè)量測(cè)繪領(lǐng)域的地形條件對(duì)控制點(diǎn)布設(shè)進(jìn)行綜合分析。在無人機(jī)航測(cè)圖像獲取點(diǎn)布局的過程中，必須明確現(xiàn)有航線的分布規(guī)則，嚴(yán)格按照該規(guī)則，確保獲取點(diǎn)布局的合理性。為了避免對(duì)集合效果產(chǎn)生不必要的影響，其周圍的收集點(diǎn)布局需要全面分析特性，以確保圖像控制點(diǎn)的目標(biāo)清晰度。如果在特殊位置難以選擇圖像控制點(diǎn)的目標(biāo)，則通常需要合理選擇作為小目標(biāo)的高程點(diǎn)。局部檢測(cè)過程采用零碎擬合方法，合理選擇圖像控制點(diǎn)目標(biāo)，保證所采集圖像的透明度，便于確定對(duì)象的相交位置和頂點(diǎn)位置，從而更好地執(zhí)行大規(guī)模地形圖。將無人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模地形圖測(cè)繪時(shí)，需要合理配置無人機(jī)控制點(diǎn)。布局點(diǎn)要全面考慮測(cè)量區(qū)域的實(shí)際地形條件，選擇控制點(diǎn)，科學(xué)建立控制點(diǎn)的數(shù)量。無人駕駛飛機(jī)可以完成高效的圖像獲取，例如在特定路線上和在復(fù)雜的地形要素方面將相應(yīng)平面的相位控制點(diǎn)組合在一起，確定特定的范圍，定義測(cè)量區(qū)域內(nèi)的丘陵和地形要素，并基于一定數(shù)量的丘陵和地形驗(yàn)證相位控制點(diǎn)。在復(fù)雜的地形要素方面，可以通過局部擬合進(jìn)行局部控制。

3.2 空中三角測(cè)量

傳統(tǒng)的測(cè)量和測(cè)繪方法是三角測(cè)量，但它操作過程很復(fù)雜，耗費(fèi)人力和物質(zhì)資源。因?yàn)闇y(cè)量三角形時(shí)，測(cè)量工作需要切換到連接點(diǎn)的選擇、測(cè)量等，所以傳統(tǒng)的操作方法不僅需要很多輔助操作，還需要很多工作時(shí)間，工作負(fù)荷的增加并不明顯。但是，由于有了最新的航測(cè)技術(shù)的支持，不再采用手工作業(yè)，自動(dòng)信息收集處理得到了改變，空中三角測(cè)量的效果也得到了提高。在自動(dòng)信息處理的過程中，利用計(jì)算機(jī)的支持完成所有操作，使整個(gè)映射操作流程標(biāo)準(zhǔn)化，效率明顯提高。計(jì)算機(jī)支持允許應(yīng)用特殊的處理算法自動(dòng)篩選超出限制的點(diǎn)，以提高標(biāo)記點(diǎn)的利用率，滿足大規(guī)模地形圖的實(shí)際需要。根據(jù)大規(guī)模地形映射的特定要求，將手動(dòng)確定點(diǎn)以確保點(diǎn)的適當(dāng)密度。受點(diǎn)顯示狀態(tài)支持，可以可視化不同目標(biāo)對(duì)象的三維結(jié)構(gòu)，從而更好地測(cè)量和繪制地圖。這種方法的應(yīng)用大大提高了操作的自動(dòng)化水平，能夠滿足復(fù)雜地形的要求，因此操作速度也相對(duì)較快。借助GPS 技術(shù)的支持，可以準(zhǔn)確掌握航測(cè)中的無人機(jī)姿態(tài)，利用外部定向要素的支持準(zhǔn)確測(cè)量點(diǎn)的3D 坐標(biāo)，通過利用快速發(fā)展的POS技術(shù)，確保了大規(guī)模地形映射的有序發(fā)展。輔助處理方法高度標(biāo)準(zhǔn)化，得到輔助處理法的支持，就可以保證航測(cè)測(cè)繪的精度。測(cè)量自動(dòng)三角測(cè)量時(shí)，可以有效簡(jiǎn)化操作過程，通過計(jì)算機(jī)操作可以完成很多內(nèi)容。目前，空中三角測(cè)量越來越智能化，可以在選擇相同的名稱和連接點(diǎn)的同時(shí)排除一些嚴(yán)重錯(cuò)誤。也就是說，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)去除儀表盤外的點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，有效實(shí)現(xiàn)立體圖像的對(duì)接，進(jìn)一步提高加密點(diǎn)的質(zhì)量，最終完全起到空間加密的作用。這不僅提高了復(fù)雜地形的適應(yīng)性，還提高了加密的精度。

3.3 影像數(shù)據(jù)的采集與整理

一方面，數(shù)據(jù)檢索必須為無人機(jī)充分準(zhǔn)備，無人機(jī)內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和加載必須確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和可靠性。另一方面，需要明確接收數(shù)據(jù)信號(hào)，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控。特定數(shù)據(jù)完成后，可以通過相應(yīng)的軟件設(shè)置調(diào)查區(qū)域和路線，明確橫向距離的長(zhǎng)度、方向、面積的分割。圖像獲取在測(cè)量和測(cè)繪中也是非常重要的鏈接，要順利進(jìn)行這項(xiàng)工作，需要在起飛前做好準(zhǔn)備。起飛前，為了確保各無人機(jī)安裝指南管理系統(tǒng)的工作精度，要確認(rèn)各無人機(jī)的SD 卡設(shè)備的安裝工作，確保相關(guān)數(shù)據(jù)具有保存和管理的功能，還需要嚴(yán)格控制重疊的圖像，使用軟件確定無人駕駛飛機(jī)的測(cè)繪范圍和對(duì)應(yīng)的路徑。測(cè)量區(qū)域?yàn)榫匦螘r(shí)，測(cè)量的面積根據(jù)長(zhǎng)度可以分割為不同的區(qū)域、路線和高度來設(shè)定不同的區(qū)域。為了有效地進(jìn)行無線廣播信號(hào)的實(shí)時(shí)接收，需要檢查無人飛機(jī)接收信號(hào)的無線接收控制功能，確保無人飛機(jī)能接收到無線信號(hào)。

3.4 地面端的控制系統(tǒng)和裝置

在無人機(jī)的航測(cè)系統(tǒng)中，地面端的控制系統(tǒng)和裝置是重要的組成部分。在建立地面控制系統(tǒng)的過程中，需要確保數(shù)據(jù)傳輸無線電、地面控制終端以及輔助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面所反映的軟硬件基本設(shè)備的充分性。由地面控制系統(tǒng)支持的大規(guī)模地形測(cè)繪可以提供無人機(jī)飛行的指示，發(fā)送位置數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)信息發(fā)送的及時(shí)性。地面控制軟件的支持使各種信息的實(shí)時(shí)顯示成為可能，可以發(fā)揮監(jiān)視功能，獲取無人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)和地理坐標(biāo)，提供更好的無人機(jī)飛行指示，根據(jù)實(shí)際測(cè)量、所需的映射和流程來調(diào)整特定的飛行路徑。地面控制裝置和系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了操作系統(tǒng)的完整性和無人機(jī)自動(dòng)駕駛的安全性。由先進(jìn)技術(shù)支撐、模仿的飛行路徑可以為無人飛行器自動(dòng)飛行的穩(wěn)定性和安全提供保證。在無人機(jī)的特定飛行中，工作人員可以使用地面控制系統(tǒng)計(jì)算相關(guān)的飛行數(shù)據(jù)和位置信息，這些數(shù)據(jù)和位置信息可以起到實(shí)時(shí)調(diào)整的作用。

3.5 成果方面的驗(yàn)收監(jiān)理過程

航測(cè)數(shù)據(jù)的處理在很大程度上決定了大規(guī)模地形圖的繪制質(zhì)量，需要從獲取的航測(cè)效果中選擇最佳圖像，將控制點(diǎn)圖像分組，從而為各組留出至少6 周的圖像，通過計(jì)算來處理相關(guān)信息。上述步驟完成后，可以根據(jù)處理的數(shù)據(jù)繪制大規(guī)模地形圖，通過3D 模型對(duì)圖像數(shù)據(jù)和地形信息進(jìn)行比較分析，繪制出大規(guī)模地形圖。在成果方面的驗(yàn)收監(jiān)理過程中，地形圖調(diào)查和測(cè)繪的負(fù)責(zé)人提供相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，驗(yàn)收人員要嚴(yán)格核查數(shù)據(jù)，然后概括技術(shù)方面、技術(shù)設(shè)計(jì)師的檢測(cè)報(bào)告是否與技術(shù)設(shè)計(jì)師的檢測(cè)報(bào)告一致。在制造過程的最終質(zhì)量檢查時(shí)，做好相關(guān)記錄，按照監(jiān)督過程分析質(zhì)量，提出相關(guān)的解決方案。

4 結(jié)語

在大規(guī)模地形圖測(cè)量測(cè)繪應(yīng)用中，結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)定路徑和圖像控制點(diǎn)，合理應(yīng)用地面控制裝置和系統(tǒng)，能綜合提高地形測(cè)繪的質(zhì)量和效率，確保測(cè)繪的精度，為地質(zhì)學(xué)操作的順利實(shí)現(xiàn)提供可靠的支持。在現(xiàn)代工程項(xiàng)目中，為了綜合提高工程勘察的精度和效率，突破現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用極限，企業(yè)要更加注意和應(yīng)用無人機(jī)航空勘察技術(shù)，深入了解技術(shù)原則和優(yōu)點(diǎn)，確保技術(shù)的合理性。