吳昌程

（江西省建筑設計研究總院集團有限公司，南昌 330000）

1 引言

當前，無人機遙感測繪已逐步從研究開發(fā)進入實際應用階段，成為未來一段時期主要的測繪測量技術。因無人機遙感測繪技術具有快速、經(jīng)濟、機動等優(yōu)良特點，可以在一定程度上彌補衛(wèi)星遙感測繪數(shù)據(jù)獲取能力不足、回訪慢、現(xiàn)勢性差等缺陷，現(xiàn)已成為全球測繪測量領域爭相應用的熱門技術。因此，探究無人機遙感測繪技術在測量測繪中的應用具有非常突出的現(xiàn)實意義。

2 無人機遙感測繪技術概述

無人機遙感測繪技術是現(xiàn)代化無人駕駛飛行器技術、遙測遙控技術、遙感傳感器技術、通信技術、GPS 差分定位技術的集成，可以快速、自動獲取國土、環(huán)境、資源等空間遙感信息，并智能處理遙感數(shù)據(jù)。無人機遙感測繪技術中的無人機本質上是依托機載計算機程控系統(tǒng)（或無線電遙控設備）操控的不載人飛行器，具有使用成本低、結構簡單的特點[1]。而以無人機為空中平臺，可與遙感傳感器之間進行信息交互，為一定精度的圖像繪制提供依據(jù)。

3 無人機遙感測繪技術在測繪測量中的作用

3.1 提高確權測量效率

以往土地確權測量是借助地面工程實地踏勘或者載人飛機航測的方式，具有執(zhí)行不便、成本高昂、效率低等問題。而利用無人機遙感測繪技術可以降低土地確權測量的成本，提高土地確權測量精確度與自動化程度。特別是在農(nóng)村集體土地登記確權發(fā)證時，借助無人機遙感測繪技術可以對農(nóng)村集體土地范圍內大面積土地拍攝影像，獲得高精確度地表三維數(shù)據(jù)后，經(jīng)協(xié)同作業(yè)開展三維建模，完成大比例尺地形圖繪制，為農(nóng)村集體土地所有權確權登記工作的高效率開展提供支持[2]。

3.2 滿足城市規(guī)劃要求

城市基本地形圖是城市管理規(guī)劃的基礎，在城市建設、規(guī)劃、交通管理中發(fā)揮著日益突出的效用。在城市規(guī)劃對基礎地理信息資料覆蓋率、準確性日益提高的背景下，利用無人機遙感測繪技術，可以適應城市管理規(guī)劃測繪發(fā)展方向，快速、高效獲取高分辨率、高精度的影像數(shù)據(jù)，并進行城市大比例尺地形圖航空測量，滿足城市規(guī)劃要求[3]。

3.3 提高堆體測量精度

堆體測繪測量范圍較為廣泛，涉及建筑工程土堆計量、礦山工程巖堆計量、港口碼頭散裝貨物估算等。傳統(tǒng)堆體測量技術主要依靠盤煤儀或全站儀、GPS 測量儀等儀器，雖然在一定程度上提高了堆體測量效率，但是仍然存在測量精度不足問題。而利用無人機遙感測繪技術，可以利用無人機拍攝工程堆體影片，在無人直升機測繪系統(tǒng)內輸出激光雷達測繪成果圖，滿足堆體高精度測量要求。

3.4 提高水利測量效率

水利測量是無人機遙感測繪技術的主要應用領域。較之傳統(tǒng)人工監(jiān)測、無人船監(jiān)測技術而言，無人機遙感測繪技術不需消耗大量人力物力，可以有效縮短水利測量周期，為水利測量自動化、現(xiàn)代化、信息化的實現(xiàn)提供支持。特別是多旋翼無人機遙感測繪技術的應用，可以搭載盛水容器、抽水裝置，精準匹配位置信息點取水，滿足水域動態(tài)高效測量要求。

4 無人機遙感測繪技術在測繪測量中的應用

4.1 土地確權測量

為解決土地確權測量中分辨率低、精度低、無法達到工作底圖標準等問題，可以利用無人機遙感測繪技術。常用測繪無人機需具備分辨率為5 cm 的全覆蓋航拍要求，提前選取地面控制點，完成正射糾正，為影像幾何精度提升提供依據(jù)。最終在遙感測繪軟件內對數(shù)據(jù)進行快速檢查，確認無誤后進行數(shù)據(jù)處理，制作精度較高的1∶500（或1∶1 000、1∶2 000）的大比例尺正射影像圖[4]。

在無人機遙感測繪技術應用于土地確權測量前，應查看天氣情況，避開霧霾、雨雪、大風等不宜飛行的惡劣天氣。在適宜的天氣，攜帶計算機、無人機等設備趕赴土地確權測量現(xiàn)場，選擇能見度佳、平坦、無高壓線且無高層建筑、無高山密林的場地，規(guī)劃無人機飛行航線、重疊度、高度與飛行架次。同時，測定現(xiàn)場風速、風向，為無人機逆風起升下降提供依據(jù)。準備完畢后，取出一體化設計的無人機平臺，安裝電池、電臺。確認無人機相機拍照與GPS 定位功能正常，且無人機起升下降點選擇、航線規(guī)劃無誤后，在手動模式下根據(jù)飛行控制系統(tǒng)指令操作各舵面，確定機頭、機身、尾翼可以按照指令操作，飛行航線可以正常上傳到飛行控制系統(tǒng)。隨后，解鎖隨單手舉起無人機迎風拋出，逆風起飛無人機，在飛行的同時進行長5 km的監(jiān)控，記錄當日起升與下降架次、航拍情況，主要檢測參數(shù)為飛行軌跡、航高、航速、地速、空速、電量以及電壓。

按照規(guī)劃航線起飛完畢后，降落到前期設定降落點，在降落到距離地面30 m 時進行首次螺旋槳反轉減速，在降落到距離地面5 m 高度時進行第二次螺旋槳發(fā)展減速，最終無人機機腹擦地降落。降落后，下載像片數(shù)據(jù)，檢查像片數(shù)據(jù)質量，結合壓線率、姿態(tài)角判斷是否需要再次起飛。確認無誤后，繼續(xù)進入其他區(qū)域完成航拍任務，理論上一個起升下降點飛行控制范圍為300 km2。若需更換飛行區(qū)域，則進行無人機體內電子磁羅盤校準[5]。校準后，以軸向為瞄準目標，將無人機機頭指向北方，繞俯仰軸旋轉到水平，進而將無人機旋轉90°，最終繞橫滾軸旋轉到水平。全部航拍任務完成后，利用遙感軟件進行影片處理，包括空中三角加密測量、微分糾正、勻光勻色處理等，對圖形中水系、居民住房、土質、道路等屬性信息進行糾正，確保整個測區(qū)像片色調一致、顏色均勻后，繪制高精度、準確定位、強解譯的大比例尺三維正射影像（或DEM、三維傾斜影像、三維地表模型）繪制，為土地確權工作開展提供依據(jù)。

4.2 城市規(guī)劃測繪

根據(jù)無人機遙感技術快速、準確、影像分辨率高、成本低、時效性強的優(yōu)良特點，可以將其應用于城市綠地測繪中。在城市綠地測繪前，需提前準備最大起飛質量為3 kg、機長0.9 m、機翼展開1.5 m 的電動型測繪無人機，飛行高度為500 m，巡航速度為80 km/h，發(fā)射方式為自動彈射起飛，配備地面遙控系統(tǒng)、數(shù)碼相機（焦距長125 mm，電荷耦合器件尺寸為4.75 μm，空間分辨率為0.11 m）與導航儀。

在無人機平臺設置完畢后，設計航高一定的若干條航線，每一條航線長度均相同，航向重疊度、旁向重疊度分別為80%、60%，單張影片（紅、綠、藍3 個波段）覆蓋面積為0.2 km2。在不考慮大氣因素影響的情況下，利用PixelGrid-UAV 無人機航空影像處理軟件，進行影像畸變差糾正、空中三角工程創(chuàng)建、構建測區(qū)自由網(wǎng)、空中三角平差解算，最終輸出DEM 或者DOM 影像。因無人機遙感影像為無人機飛行過程相機拍攝的單幅影像，無法直接應用于城市規(guī)劃測繪，需要對影像進行正射校正后拼接成圖。正射校正期間，根據(jù)無人機飛行姿態(tài)穩(wěn)定度不佳的特點，先去除姿態(tài)角超標、重疊度不佳、成像效果不佳以及俯仰角、側滾角超出3°的影像。進而針對非量測型普通數(shù)碼相機像主點偏移與鏡頭畸變導致的邊緣畸變問題，輸入相機參數(shù)文件，完成畸變差校正[6]。同時，根據(jù)實際影片重疊方向進行旋轉。旋轉后，根據(jù)無人機飛行階段俯仰、側滾、航偏等姿態(tài)變化，利用全球定位系統(tǒng)（或慣性測量裝置）提供的相機成像時刻角元素、外方位線、航攝儀姿態(tài)參數(shù)，開展位置姿態(tài)系統(tǒng)輔助下的空中三角測量。經(jīng)空中三角連接點處理自由網(wǎng)平差后，確定每一種無人機影像的加密點坐標、外方位元素，結合像元高程值，生成三維點云DEM。最終對三維點云DEM進行數(shù)字微分糾正處理，拼合原始無人機單張影像，獲得正射影像DOM。

4.3 堆體測量

根據(jù)堆體測量要求，可以選擇以無人機為飛行平臺、以全自動攝影測量工作站為處理平臺，集成計算機飛行控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、測控系統(tǒng)與GPS 衛(wèi)星導航、RS 遙感、GIS 地理信息系統(tǒng)的無人機低空遙感技術。堆體測量所用無人機為輕型固定翼無人機，機翼展開2.7 m，巡航速度90 km/h，有效荷載5 kg，有效續(xù)航時間2 h。在無人機航空攝影后，提取信息，生成數(shù)字正射影像，確定工程堆體真實情況，為工程進度跟蹤與現(xiàn)狀調查提供依據(jù)。根據(jù)工程區(qū)規(guī)劃情況以及不同時期堆體影像，逐一核查工程區(qū)域內開展情況。而利用數(shù)字表面模型，可以分析工程堆體高度變化，把控工程各環(huán)節(jié)進度，為工程管理提供依據(jù)。

需要注意的是，在工程面積一定的情況下，無人機低空遙感航測期間飛行航線需要滿足航向重疊、旁向重疊分別為80%、50%的標準，地面分辨率則需達到0.1 m，實際飛行相對高度在350 m 左右。像控點則依據(jù)旁向逐航帶、航向7 條±1條基線間隔的方針布置，布點后利用JSCORS 測量系統(tǒng)進行多次測量，獲得平面坐標、高程坐標后計算平均值。進而根據(jù)外業(yè)像控點成果分布，開展加密分區(qū)，完成區(qū)域網(wǎng)的空中三角測量。解算空中三角后，依據(jù)數(shù)字攝影測量原理，處理不同時期的影像，獲得不同時期的數(shù)字表面模型DSM。在立體像對下，根據(jù)數(shù)字攝像測量中共線方程求解DSM 影像上點三維坐標，構建數(shù)字高程模型DEM。根據(jù)工程地面模型參數(shù)，從原始非正射投影數(shù)字圖像內構建正射影像DOM。在獲得DOM 影像后，以同一區(qū)域按坐標同步顯示各階段影像成果為對象，進行多幅影像的多窗口并列對比，分析工程堆體變化?；蛘呒虞d相同區(qū)域不同時相的數(shù)字正射影像，疊加對比適量數(shù)據(jù)，并設置矢量數(shù)據(jù)透明度，展示工程堆體對比圖，為工程進度判定提供依據(jù)。

4.4 水利測量

在水利測量領域，無人機遙感測繪主要是借助高空間分辨率、高效率、高精度優(yōu)勢，對水利建設區(qū)和直接影響區(qū)進行攝像，獲取測定范圍內的DEM 數(shù)據(jù)或地形圖。為確保外業(yè)像片控制點測量精度，技術人員可以提前進入水利建設區(qū)域，了解不同區(qū)域水利問題。同時，在衛(wèi)星遙感技術輔助下，明確區(qū)域水土流失、富營養(yǎng)化、水資源水量等信息，為無人機遙感外業(yè)攝像參數(shù)設置提供依據(jù)。進而根據(jù)水利工程地形起伏小、交通條件便捷的特點，按4～5 條基線間隔布設外業(yè)像控點，旁向像控點則按2～3 條基線布設，點位處于旁向重疊中線周邊或者明顯地物轉折點。

5 結語

綜上所述，無人機遙感測繪是一種高精度、低成本、操作便捷的測繪測量技術，可以在測繪測量中發(fā)揮良好的效果。因此，測繪技術人員應正確認識無人機遙感測繪技術在測繪測量中的價值，根據(jù)測繪測量要求，利用無人飛行器對地面拍攝像片。進而利用遙感測量工具，將像片處理為立體模型，滿足地物空間關系的量測要求。