鄒水寶

福建閩晟勘測規(guī)劃有限公司，福建，福州，350011

0 引言

隨著信息時代的到來，無人機發(fā)展迅速，在許多行業(yè)中發(fā)揮著很大的作用。無人機具有體積小、靈活性強、操作簡單等優(yōu)點，為工程測繪和數(shù)據(jù)采集創(chuàng)造了有利條件。無人機測量技術(shù)可以解決復雜的工程測量技術(shù)問題，不僅有效提高了工程測量的效率，而且可以應用于許多領(lǐng)域來保證數(shù)據(jù)測量的準確性，促進工程安全測量的順利進行。無人機航測技術(shù)使局部數(shù)據(jù)得到更新，滿足了工程測量高精度的要求，促進了測繪信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步[1]，其廣泛應用是現(xiàn)代社會發(fā)展的必然趨勢。隨著我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，無人機攝影技術(shù)也得到了廣泛的應用。本文系統(tǒng)概述了無人機空中測量的技術(shù)知識，希望這些內(nèi)容有助于讀者更好地理解無人機航測，從而促進技術(shù)進步和發(fā)展。

1 無人機航測技術(shù)的原理

無人機是由無線電設(shè)備控制或編程的小型飛機。無人機技術(shù)用于工程測量需要高分辨率相機或機載激光定位器的技術(shù)支持，以及數(shù)字圖像手段的使用，如裝載數(shù)碼相機和數(shù)字視頻錄像機。無人機航測系統(tǒng)的測量主要需要高分辨率圖像數(shù)據(jù)的快速處理和反饋、實時對地觀測能力和信息處理能力。因此，測量需要視頻信息采集與處理系統(tǒng)的支持。圖像信息采集系統(tǒng)包括飛行控制系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)。無人機在空中構(gòu)建航空立體圖像時，將獲得沿飛行路線的垂直航空圖像。航向覆蓋率通常為70%，橫向重疊率約為50%。

照片匹配是指在相同距離的兩個不同位置拍攝同一目標的照片。為了處理接收到的信息，需要將數(shù)據(jù)集成到文件中，并實時處理無人機拍攝的大量圖像。目前，用于無人機工程測量的遙感信息處理系統(tǒng)一般由空中三角測量系統(tǒng)和三維仿真系統(tǒng)組成，在工程測量中起著重要作用，是保證測量精度的關(guān)鍵?？罩腥菧y量系統(tǒng)將首先研究并確定軌跡，對其進行分類和整合，確定它們之間的關(guān)系，然后對圖像進行內(nèi)部定位，并通過分析無人機獲得圖像的共軛點布局，例如測量控制點，通過計算方程形成全維三維模型，實現(xiàn)構(gòu)建模型的目標，最終得到核心圖像。從技術(shù)的實際應用來看，無人機航測是一種現(xiàn)代化、更先進的信息獲取方法，它不僅在降低環(huán)境要求的前提下保證了測量精度，而且具有操作簡單方便的優(yōu)點。無人機工程測量前，相關(guān)工程技術(shù)人員應首先檢查無人機的質(zhì)量和性能，及時消除存在的問題和異常。

2 無人機航測技術(shù)的特點

（1）無人機的高度靈活性。首先，無人機在起飛、著陸和飛行調(diào)整方面與大型飛機相比具有明顯優(yōu)勢。由于無人機在不受氣候干擾的情況下多用來測量低空條件，因此其工作更加靈活。在起降控制過程中，只需稍微平整的地面，無需建立專用機場，整體場地配置較低。在技術(shù)的不斷發(fā)展下，無人機的爬升高度達到千米，覆蓋面達到數(shù)十平方公里，在航測中具有很大的實用性。

（2）無人機的高效性?？紤]到山區(qū)、林地等特殊情況，在使用無人機時，也可以通過攝影方式進行記錄。此外，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，其續(xù)航時間短的缺點也隨之得到完善，因此它可以更持久地進行測量，有效提高工程測量的效率。此外，無人機需要的工作人員相對傳統(tǒng)測量也更少，這樣不僅能有效地進行測繪，還能減少測繪成本，從而更加有效地開展測繪工作。

（3）無人機的高性價比。一方面，對設(shè)備成本來說，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機的價格越來越低，以大疆為例，大疆精靈4RTK版本的無人測量設(shè)備從開始的大幾十萬到現(xiàn)在的兩三萬就可以買到，同時還帶有機身損傷的保險，所以在相同的測量任務(wù)中，不僅硬件成本優(yōu)于大型飛機，運營成本更低，而且節(jié)省了更多的維修成本。與傳統(tǒng)的測量方法相比，無人機在獲取測量信息時具有更高的及時性、更低的運行成本和更好的無人復雜度，能夠在短時間內(nèi)完成高精度的工程任務(wù)。

（4）無人機的安全性。過去，在工程測量中受限于技術(shù)手段，更多地依靠人工測量方法，然后才開始發(fā)展航空測量。然而，在特殊的工程條件下，它可能會威脅到人員和測量設(shè)備的安全，并造成一定的危害。無人機航測的實用性直接擺脫了周圍空間的限制，無需人員直接參與，無人機本身具有很高的可控性，可以實現(xiàn)自動故障恢復和安全避讓，大大提高了測量安全性，促進了航拍的發(fā)展[1]。

3 無人機航測技術(shù)的應用現(xiàn)狀

隨著無人機技術(shù)的突飛猛進，無人機的使用范圍也越來越廣泛。各國競相投入無人機研究，我國也在無人機開發(fā)方面取得了重大突破，成為無人機產(chǎn)品的主要出口國。在高需求下，無人機技術(shù)也在不斷提高。此外，無人機具有較高的適用性，不斷發(fā)展、逐步融入各個應用領(lǐng)域，推動技術(shù)創(chuàng)新。無人機技術(shù)不僅推動了工業(yè)發(fā)展，而且服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)，具有顯著的經(jīng)濟效益。無人機技術(shù)的不斷進步與低空遙感技術(shù)的新突破相結(jié)合，大大提升了無人機航測技術(shù)在工程測量中的實用價值。無人機航測通常使用低空（200～1500m）無人機進行，既可以提供足夠的成像精度，又避免云層對圖像的影響。在實際操作過程中，無人機安裝了航空數(shù)碼相機，然后通過自身的控制模塊進行檢測。隨著技術(shù)的進步，航測儀器主要通過GPS提供自主導航服務(wù)，航測數(shù)據(jù)的采集和處理可以在飛行控制過程中同時進行。在傳統(tǒng)的工程測量中，人們更依賴于人，而無人機航測提供了一種有效的替代方案，提高了測繪的整體效率。同時，在實際應用中，航測無人機具有較高的飛行靈活性、工程測量效率和數(shù)據(jù)精度，它可以突破工程測量的諸多局限性，避免人工測量的不便。

4 無人機航測技術(shù)的實際應用

4.1 在水利工程中的應用

為獲取安全性能測量數(shù)據(jù)，滿足水利工程建設(shè)的需要，可采用無人駕駛航測。在實際測量之前，需要提前規(guī)劃無人機的航路，結(jié)合測量的工程需要選擇無人機的控制位置，避免大地測量對測量精度的影響，提前確定測量方向和近似飛行軌跡?？紤]到圖像清晰度和航空數(shù)據(jù)準確性，必須仔細規(guī)劃，以優(yōu)化無人機攝影的效果。在實際航測中，通常會將航路數(shù)據(jù)輸入無人機設(shè)備中，這樣可以有效簡化航測過程，讓無人機進行自動化測量，降低無人機的控制難度。例如在水庫監(jiān)測項目中，無人機可以有效地對全景進行拍攝。眾所周知，水庫及周邊的地形測繪是相對難度較高的，主要是傳統(tǒng)測繪中人和儀器設(shè)備難以到達，無法準確采集相關(guān)數(shù)據(jù)，自從有了無人機航測技術(shù)后，該項工作變得更為簡單、高效且安全。

4.2 在水污染治理工程中的應用

藍藻等水生植物因水污染過度繁殖，嚴重損害了水質(zhì)，造成多種環(huán)境危害。因此，有必要控制藍藻的數(shù)量，以控制水污染，尤其是在目前已有的水污染環(huán)境中。在實際的水污染檢測中，應合理設(shè)置藍藻檢測點，有效獲取藍藻的繁殖和生長情況，無人機的檢測可靠性更適合航測，在水污染監(jiān)測中發(fā)揮了突出作用。應用無人機可以實時傳輸檢測到的藍藻數(shù)據(jù)，并通過高精度圖像顯示污染事實，便于后續(xù)的污染控制。在實際檢測中，污染數(shù)據(jù)的采集不僅要依靠無人駕駛飛機，還要依靠人的參與，從而盡可能保證測量精度。為了滿足各種測量要求，無人機在攝像機的選擇上主要采用焦距鏡頭。因此，應提前進行焦距測量，合理確定焦距和畸變，以提高航測的精度。

4.3 在環(huán)境治理工程中的應用

由于氣候條件復雜，傳統(tǒng)的測量方法無法保證測量的準確性，影響環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量。無人機可以減輕其干擾，獲得準確的環(huán)境數(shù)據(jù)，為環(huán)境治理奠定全面的基礎(chǔ)。以水資源與環(huán)境管理為例，無人機航測主要通過可見波段提取方法獲取水植被特征數(shù)據(jù)，將航測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，描述植被特征，確定水生植被的麻風病程度。另一方面，無人機航測可以用于緊急情況下的快速測繪。在執(zhí)行應急環(huán)境測繪任務(wù)時，可以盡快采集檢測區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)，通過航測有效采集數(shù)據(jù)，然后訪問服務(wù)器完成數(shù)據(jù)分析，獲得DTD、DSM等影像測繪結(jié)果[2]。

4.4 在突發(fā)事件處理中的應用

在救災中，效率是最重要的。在地震等突發(fā)性和大規(guī)模自然災害的情況下，快速完成地形測量是有效和快速響應的基本前提。為了使應急救援更加及時，借助無人機和航測技術(shù)，可以快速完成災區(qū)地形測量，航測數(shù)據(jù)主要依靠圖像，可以極大地方便救援行動，為救援計劃提供重要支持，使現(xiàn)場救援更有針對性。例如青海省玉樹地震中，山區(qū)和河流再加上雨天，加劇了災區(qū)環(huán)境監(jiān)測的困難程度。如果采用載人航空遙感技術(shù)，震區(qū)監(jiān)測的有效性無法保證，也難以獲得災區(qū)的實時圖像，不利于救災；而在實踐中，無人機航拍則大大降低了地震區(qū)成像的難度，可以在災區(qū)進行實時觀測，極大地方便了救災指導，充分體現(xiàn)了航拍在應急處置中的優(yōu)勢。

4.5 在特殊地形環(huán)境中的應用

無人機測量技術(shù)也用于設(shè)計其他要求高測量精度的主要工程設(shè)施。首先，根據(jù)項目的實際需要確定測量區(qū)域，并進行現(xiàn)場研究，確定空氣濕度、風向、坡度等。根據(jù)測量對象精度的要求，在設(shè)計攝影和航測方法時，還需要校正無人機攝影過程中的圖像失真。為了確保測量的準確性，每個圖表需要設(shè)置數(shù)個檢查點，建立數(shù)字高度模型，并接受質(zhì)量檢查。執(zhí)行航測任務(wù)的無人機非常容易受到氣流的影響，導致角度超過標準或偏離路線，因此在無人機航測過程中需要把握測區(qū)狀況，如天氣、地形、磁場等。目前，工程建設(shè)的特殊生態(tài)區(qū)越來越多，如密林、山區(qū)等，無人機可以克服這些特殊地形測量的空間限制。通過無人機，工程測量結(jié)果更加準確有效。在工程實踐中，由于航測系統(tǒng)基本成熟，而無人機可以提高工程測量的智能化水平，總體控制難度不高，能夠滿足大多數(shù)特殊地形的需要。因此，無論是新農(nóng)村建設(shè)還是土地測繪的應用，都可以反映無人機航測的優(yōu)越性。

在復雜的地質(zhì)條件下，水利工程施工過程中的局部測量經(jīng)常出現(xiàn)一定的危險性。例如，難以測量流域內(nèi)的湍流和危險海灘，測量員獲得的數(shù)據(jù)精度較低；盆地和峽谷的河流曲率較淺，難以測量；森林植被密度高，有毒昆蟲多，嚴重威脅測繪人員的人身安全，導致測繪項目進度緩慢且不安全。在此基礎(chǔ)上，利用無人機航測技術(shù)對整個工程空間進行精確測量，不僅可以縮短測量時間、進一步提高測量質(zhì)量，還可以保障測量人員的安全?？傊?，無人機測繪技術(shù)的應用大大提高了工作的效率和安全性。

4.6 在城市規(guī)劃中的應用

無人機航測技術(shù)在城市規(guī)劃中的應用，有助于提高抽樣精度、統(tǒng)計規(guī)律與數(shù)據(jù)分布特征的一致性。隨著城市化進程的推進，數(shù)據(jù)采集具有越來越重要的意義。目前，無人機航測方法可以改善地形特征模擬，促進城市建設(shè)。當需要某些特定領(lǐng)域的數(shù)據(jù)時，應用該技術(shù)可以進行多方面的綜合數(shù)據(jù)采集，不斷豐富參考數(shù)據(jù)庫，使建筑行業(yè)能夠進行理性分析，從而提高城市建設(shè)的質(zhì)量。在這個過程中，數(shù)據(jù)收集容易出現(xiàn)波動。因此，必須以更加合理的方式完成數(shù)據(jù)收集。

4.7 在礦山測量中的應用

礦產(chǎn)資源對國家經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展至關(guān)重要，對社會資源的需求也在不斷增加，相關(guān)部門應注意這一點，并通過先進的技術(shù)減少運營過程中對環(huán)境的破壞。此時，借助無人機測量技術(shù)，可以及時獲得可靠的信息（包括視頻數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)），尤其是在惡劣的工作條件下。為了解決資源開發(fā)帶來的環(huán)境保護問題，通過無人機的航拍及航測技術(shù)可以及時發(fā)現(xiàn)并防止胡亂挖掘現(xiàn)象和破壞情況數(shù)據(jù)采集的行為，減少對當?shù)丨h(huán)境的破壞。

4.8 輔助自然資源管理

國土空間規(guī)劃、土地利用現(xiàn)狀、海洋污染調(diào)查、土地開發(fā)、復墾等作為土地管理過程中重要的組成部分，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取離不開新型測繪技術(shù)，集中無人機航（拍）測可以作為主要數(shù)據(jù)的獲取手段之一。通過無人機航拍可以及時獲取土地的利用現(xiàn)狀、有助于解決土地調(diào)查中的矛盾；無人機航測的實施將使土地規(guī)劃更加可行，方案設(shè)計更加合理，從而提高土地規(guī)劃的效率和整體工作質(zhì)量；通過無人機航拍技術(shù)可以有效地針對海洋垃圾污染進行監(jiān)測，并對污染情況進行測繪；通過無人機航拍可以對土地開發(fā)、復墾前后進行直觀、有效的對比，且無人機航測還能有效地完成土地開發(fā)和復墾后實際開發(fā)的工程量結(jié)算。因此，無人機在自然資源管理領(lǐng)域也是不可或缺的。

5 結(jié)語

綜上所述，在技術(shù)進步的推動下，無人機航測取得了顯著成效，廣泛應用于城市規(guī)劃、工程建設(shè)、生態(tài)監(jiān)測、自然資源管理等各類工程測繪業(yè)務(wù)，實現(xiàn)了良好的技術(shù)效果，彌補了傳統(tǒng)測量方法的差距，促進了工程測量的技術(shù)創(chuàng)新。從技術(shù)角度看，無人機航測結(jié)合了工程測量，具有高精度、高靈活性和高效率，能夠適應各種工程測量。依托無人機航測的技術(shù)優(yōu)勢，整體測量質(zhì)量大大提高。然而，結(jié)合工程實踐可以看出，無人機航測也存在不足，尤其是在穩(wěn)定控制和續(xù)航時間方面。因此，無人機航空測量需要進一步改進，以滿足更高的工程測量要求。