黎炳漢

（梧州市國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃院，廣西梧州 543002）

0 引言

近年來，我國(guó)城市化步伐逐漸加快，伴隨著城市工程建設(shè)和城市規(guī)劃的相關(guān)問題，城市區(qū)域的合理規(guī)劃從進(jìn)行地形測(cè)量開始。隨著科技的不斷發(fā)展和新時(shí)代的要求，傳統(tǒng)的地形測(cè)繪方式已經(jīng)無法提供高質(zhì)量的地形測(cè)繪數(shù)據(jù)。因此，相關(guān)研究人員根據(jù)城市建設(shè)和規(guī)劃的實(shí)際情況，以及新時(shí)代對(duì)地形測(cè)繪的基本標(biāo)準(zhǔn)和要求，開始大力推廣航空攝影測(cè)量技術(shù)，利用這項(xiàng)技術(shù)能夠精準(zhǔn)且高效地測(cè)量地形，給我國(guó)的城市規(guī)劃提供良好的技術(shù)支持。

1 無人機(jī)技術(shù)

UAV 技術(shù)是一種航空測(cè)量技術(shù)，用于低空測(cè)量，主要利用遙感技術(shù)。無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展依賴于數(shù)字技術(shù)。無人機(jī)一般可分為固定式、旋轉(zhuǎn)式和混合型。無人機(jī)一般包含兩個(gè)部分，主要為遙控裝置和飛行器。其基本特點(diǎn)是使用的測(cè)繪范圍比較廣，測(cè)繪精度高，并且測(cè)繪效率較高，其測(cè)繪的成本比較高。機(jī)翼相對(duì)固定的無人機(jī)，是依靠設(shè)備的推理產(chǎn)生助推力進(jìn)行升空，依據(jù)助推力在空氣中保持穩(wěn)定的姿態(tài)。但是固定式無人機(jī)其缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)在空中的懸停，其基本特點(diǎn)決定了其在策劃過程中無法和目標(biāo)測(cè)繪地點(diǎn)保持近距離，在策劃時(shí)獲取的遙感影像分辨率比較低。旋翼式無人機(jī)其機(jī)身能夠旋轉(zhuǎn)，從而在旋轉(zhuǎn)上升的過程中保持飛行能力，在日常測(cè)繪過程中一般采用多旋翼式無人機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠在空中實(shí)現(xiàn)懸停，并且能夠與目標(biāo)拍攝物之間保持近距離，并且獲得分辨率較高的影像。其缺點(diǎn)是作業(yè)的時(shí)間長(zhǎng)度比較短，并且其飛行速度與固定式無人機(jī)相比較低。混合式無人機(jī)兼具固定式和旋翼式無人機(jī)的基本特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是不僅包含固定時(shí)無人機(jī)的快速飛行能力，還能夠?qū)崿F(xiàn)空中懸停問題，解決了常規(guī)無人機(jī)起降困難的問題[1]。本文將按照尺度、任務(wù)高度兩方面將無人機(jī)進(jìn)行詳細(xì)分類。雖然各類無人機(jī)有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是每類無人機(jī)有其固定的應(yīng)用場(chǎng)景，在小范圍的測(cè)繪過程中優(yōu)勢(shì)明顯，能夠被廣泛應(yīng)用于城市測(cè)繪、數(shù)字化城市建設(shè)、土地勘察和地質(zhì)災(zāi)害處理過程中。

2 無人機(jī)應(yīng)用的基本特點(diǎn)

2.1 成本優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的人工測(cè)繪技術(shù)相比，無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在面對(duì)相同的測(cè)繪區(qū)域時(shí)變得更加明顯，所需的測(cè)繪專家和測(cè)繪成本約為人工測(cè)量的1/10。從繪圖周期，無人機(jī)測(cè)繪周期相對(duì)于人工測(cè)繪能夠縮短大約一倍。無人機(jī)測(cè)繪設(shè)備采購(gòu)?fù)瓿芍?，能夠保持很長(zhǎng)的生命周期，并且其保養(yǎng)和維護(hù)成本比較低。在測(cè)繪過程中所需要的人工作業(yè)工作量較小，能夠很好地支持野外測(cè)繪。因此，無人機(jī)測(cè)繪在眾多方面優(yōu)勢(shì)非常明顯，其測(cè)繪周期比較短，測(cè)繪費(fèi)用也比較低，能夠提升測(cè)繪企業(yè)對(duì)于測(cè)繪任務(wù)的交付周期，對(duì)企業(yè)訂單的爭(zhēng)取非常有利，為企業(yè)的良好運(yùn)營(yíng)和發(fā)展提供了有效的技術(shù)支撐[2]。

2.2 效率高速度快

與傳統(tǒng)人工測(cè)繪相比，無人機(jī)測(cè)繪可以根據(jù)實(shí)際測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行具體的測(cè)繪路線設(shè)計(jì)，從而優(yōu)化各個(gè)測(cè)繪項(xiàng)目，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)合理的控制，使得無人機(jī)能夠在最優(yōu)的測(cè)繪路徑上采用垂直或者傾斜的方式實(shí)現(xiàn)地理信息位置數(shù)據(jù)的獲取，從而最大程度降低測(cè)繪的時(shí)間，并且高效獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，支撐對(duì)數(shù)據(jù)的分析和利用。綜上所述，無人機(jī)測(cè)繪能夠更加高效快速地完成地形測(cè)繪任務(wù)，尤其是對(duì)于工作區(qū)域較大的測(cè)繪場(chǎng)景，能夠更加高效地完成質(zhì)量控制，進(jìn)而極大降低測(cè)繪技術(shù)人員的工作量，提升測(cè)繪效率，降低測(cè)繪周期。

2.3 靈活機(jī)動(dòng)

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行山谷測(cè)繪時(shí)，由于地形工作的某些特點(diǎn)，需要人工測(cè)量，如陡山、湍急的河流或濕地等地方，人工測(cè)量一般不能滿足其測(cè)繪的基本要求。此時(shí)便可以發(fā)揮無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，靈活地對(duì)不同的地理位置采取不同的測(cè)繪方式。無人機(jī)的體積較小，并且一個(gè)人便可以對(duì)其進(jìn)行操作。現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)簡(jiǎn)單，對(duì)于當(dāng)?shù)貧夂虻拳h(huán)境的要求不高。多旋翼無人機(jī)能夠隨時(shí)隨地完成飛行任務(wù)，不受到地理位置的影響，并且可以根據(jù)測(cè)繪地區(qū)的實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，如果數(shù)據(jù)存在紕漏，可以隨時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)測(cè)。若測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)遇到比較復(fù)雜的場(chǎng)景，無人機(jī)可以隨時(shí)進(jìn)行作業(yè)暫停，等待測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)工作情況符合條件之后繼續(xù)開展測(cè)繪工作。盡管無人機(jī)測(cè)繪存在諸多優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但是不得不承認(rèn)，如今無人機(jī)航測(cè)過程中存在眾多不足，仍有很大的進(jìn)步空間，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①多旋翼無人機(jī)其整體質(zhì)量比較小，在高空中，一旦遇到大風(fēng)便會(huì)影響其航測(cè)作業(yè)過程，其飛行不夠穩(wěn)定，進(jìn)而影響最終獲取數(shù)據(jù)的精度和清晰度。②在無人機(jī)設(shè)備的傳感裝置，仍然存在較多的缺陷，其精度不夠高，影響了航測(cè)過程中數(shù)據(jù)的精確度。③電子通信技術(shù)也是影響無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钪饕蛩刂?，為了提升其測(cè)量的可靠性和精確度，還應(yīng)該加大對(duì)無人機(jī)航測(cè)的進(jìn)一步研究[3]。

3 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 像控點(diǎn)布置和設(shè)計(jì)

在無人機(jī)測(cè)繪過程中，作為控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)非常必要，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響測(cè)繪質(zhì)量，因此要合理設(shè)計(jì)和布置控制點(diǎn)。在無人機(jī)測(cè)繪過程中，作為控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)，根據(jù)被測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況，需要更加合理，從而像控點(diǎn)應(yīng)該具備必需的幾何強(qiáng)度要求，布置原則應(yīng)該按照相關(guān)的密度規(guī)范要求，在布置過程中應(yīng)該盡量選擇方便查找的位置，如斑馬線的焦點(diǎn)等位置。在布置過程中，如果沒有明顯的標(biāo)志物，可以采用人工噴漆的方式對(duì)標(biāo)記位置進(jìn)行劃定。應(yīng)盡量選擇固定、無遮擋和陰影的區(qū)域作為像控點(diǎn)。另外，其布置應(yīng)該根據(jù)地形和地貌的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行確定，對(duì)于比較復(fù)雜的地形和地貌，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況酌情進(jìn)行像控點(diǎn)數(shù)量的增加。對(duì)于其精度應(yīng)該控制在5cm 之內(nèi)。一般使用RTK 定位方式進(jìn)行精度控制，在策劃過程中應(yīng)該保障RTK 和無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)的端口是一致的，從而保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性，在數(shù)據(jù)處理后期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析過程中，可直接將像控點(diǎn)的坐標(biāo)信息導(dǎo)入，進(jìn)而對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.2 高空三角測(cè)量

根據(jù)少量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)控制點(diǎn)，通過加大控制點(diǎn)加密力度，建立符合地形的路線模型，計(jì)算得出加密點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程，即高程三角測(cè)量。無人機(jī)內(nèi)部裝有操作系統(tǒng)，會(huì)依據(jù)地勢(shì)的情況來做出合理的調(diào)動(dòng)對(duì)攝影測(cè)量設(shè)備，從而更加有效地得到所需要的視頻，影像或資料。在空中三角測(cè)量實(shí)際工作運(yùn)用當(dāng)中，空中三角測(cè)量平差要求采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差，考慮到基高比對(duì)于無相對(duì)漏洞且航向重疊度能滿足要求的情況下，可進(jìn)行抽片處理。區(qū)域網(wǎng)根據(jù)航攝分區(qū)、可利用像控點(diǎn)的分布以及地形條件等情況靈活劃分，可以合并多個(gè)航攝分區(qū)為一個(gè)區(qū)域網(wǎng)。平差計(jì)算時(shí)對(duì)加密點(diǎn)、像控點(diǎn)進(jìn)行粗差探測(cè)，剔除或修測(cè)檢測(cè)出的粗差點(diǎn)，同時(shí)要分析各項(xiàng)誤差是否存在系統(tǒng)誤差；野外控制點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際情況，只采用其平面位置或高程。根據(jù)需要進(jìn)行單模型絕對(duì)定向，檢查測(cè)圖定向點(diǎn)殘差，若超限應(yīng)在區(qū)域網(wǎng)中進(jìn)行人工修測(cè)[4]。在信息收集工作完成后，無人機(jī)相關(guān)人員要迅速對(duì)所得到的信息進(jìn)行整一的編排和處理，所以在無人機(jī)對(duì)地形勘察和測(cè)繪后，要對(duì)難以檢測(cè)到的地點(diǎn)做出特殊的標(biāo)記，以便下次規(guī)劃無人機(jī)的路線或制訂地形圖時(shí)有提醒輔助作用。連接標(biāo)志性地形做出的參考點(diǎn)，可繪制出一條最適當(dāng)?shù)穆肪€，將程序提前輸入地面控制平臺(tái)，根據(jù)工作實(shí)際情況，通過無人機(jī)傳輸至地面的影像來做出實(shí)時(shí)調(diào)配和控制。

3.3 繪制地形地圖

地形圖的繪制也是無人機(jī)工作內(nèi)容的主要環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)要求相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，以確保地圖繪制的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，航空攝影用于連續(xù)優(yōu)化清晰度、比例等條件，讓拍攝過程盡可能的全面。平時(shí)可以使用航空攝影測(cè)量對(duì)河流、水庫、湖泊、森林、礦山等大面積地形進(jìn)行航拍。無人機(jī)航拍相當(dāng)于近距離的探測(cè)測(cè)量目標(biāo)并直接計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)，無人機(jī)設(shè)備反應(yīng)迅速的特點(diǎn)幫助了工作人員最短時(shí)間內(nèi)獲得準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果。想要讓地形圖的繪制水平進(jìn)一步提高，還需要技術(shù)人員不斷提升自我，學(xué)習(xí)新的技能，包括無人機(jī)的工作原理，測(cè)量常用和不常用的方法，系統(tǒng)應(yīng)用的有機(jī)組合和地圖地形圖的繪制上不斷優(yōu)化信息數(shù)據(jù)，使得圖像地形和數(shù)據(jù)地形最大限度的統(tǒng)一性。此外，為了加強(qiáng)無人機(jī)設(shè)備技術(shù)的拓展使用，技術(shù)人員需要通過組合拍攝的圖片和數(shù)字信息分析來檢查飛行路徑，飛行速度，飛行高度等重點(diǎn)方面，通過檢查以上幾個(gè)部分，制定出適合該項(xiàng)工程的測(cè)量方案，以此來滿足工作需求。

3.4 補(bǔ)測(cè)操作技術(shù)

僅僅依靠航空攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)際的地形測(cè)量是不夠的，工作人員可以采用一些額外的操作方法，將其與航空攝影技術(shù)結(jié)合使用，從而更好地滿足地形測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際要求，并使地形測(cè)繪工作的效率得到大幅度的提升，同時(shí)也更好地保障了地形測(cè)繪工作的開展質(zhì)量。因此，相關(guān)工作人員需要在地形測(cè)繪工作開始之前，對(duì)該區(qū)域所有的測(cè)量范圍以及周圍的環(huán)境等情況做出全面的分析。只有這樣才能夠及時(shí)采用合理的補(bǔ)測(cè)技術(shù)，來適當(dāng)調(diào)整航空攝影測(cè)量的參數(shù)，給無人機(jī)高效開展地理測(cè)繪工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我國(guó)的地形復(fù)雜多樣，在進(jìn)行地形測(cè)繪時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到特殊的地理環(huán)境，由于地理環(huán)境的特殊性，會(huì)造成在實(shí)際地形測(cè)繪時(shí)出現(xiàn)測(cè)量盲區(qū)，并且在該區(qū)域內(nèi)通常情況下很難得到具體準(zhǔn)確的地形參數(shù)和相關(guān)信息。針對(duì)這一情況，需要建設(shè)單位嚴(yán)格采用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，而且在測(cè)量過程中應(yīng)嚴(yán)格把控好各個(gè)環(huán)節(jié)，防止出現(xiàn)不足之處導(dǎo)致地形測(cè)繪工作的重復(fù)工作。在利用補(bǔ)測(cè)操作技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)繪時(shí)，有時(shí)需要結(jié)合無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，這會(huì)大大提升地形測(cè)繪的工作成本，甚至?xí)o地形測(cè)繪結(jié)果造成測(cè)量誤差。針對(duì)這一情況，測(cè)量人員往往會(huì)采用人工輔助測(cè)量的方法，技術(shù)人員會(huì)對(duì)無人機(jī)拍攝測(cè)量的流程進(jìn)行嚴(yán)格的把控，只有這樣才能在特殊地形測(cè)繪時(shí)保障地形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[5]。

3.5 航空測(cè)量攝影

GPS 攝影測(cè)量與定位技術(shù)相結(jié)合，航測(cè)記錄圖像內(nèi)容與位置信息相結(jié)合后，通過圖像繪制技術(shù)，對(duì)拍攝的內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)整合，獲得的圖像信息將更加豐富，對(duì)礦山項(xiàng)目的成功開發(fā)更有幫助。再通過人工智能把信息進(jìn)一步分析處理，生成的數(shù)據(jù)圖像具有高精度、高質(zhì)量、高效率的特點(diǎn)，這明顯優(yōu)化了以往礦山工程施工中面對(duì)特殊工況、特殊地形、特殊位置的應(yīng)對(duì)策略，還可以保證了測(cè)量的及時(shí)性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。最后，讓技術(shù)人員把勘測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，重新再次全面驗(yàn)收，確保測(cè)繪區(qū)勘測(cè)到的地形圖全部合格，如果沒有錯(cuò)誤或者錯(cuò)誤率很低，那證明無人機(jī)航測(cè)在礦山地形測(cè)量中的應(yīng)用是可以滿足當(dāng)前礦山工程的需要的。

3.6 攝影平臺(tái)的選取

當(dāng)無人機(jī)在空中運(yùn)行時(shí)，它會(huì)在不受控制的狀態(tài)下飛行，因此，照片平臺(tái)的選擇至關(guān)重要，在一定程度上決定了該操作能否出色完成。如果攝影平臺(tái)選得不好，會(huì)直接影響到最后所得到的數(shù)據(jù)資料及影像的準(zhǔn)確程度，從而對(duì)接下來的研究分析造成很大的影響。通常工作人員在地形勘測(cè)的過程中會(huì)選用動(dòng)力懸掛滑翔三角翼，搭配高清像素的攝影機(jī)來作為無人機(jī)的攝影平臺(tái)[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)航拍系統(tǒng)主要包括飛行控制系統(tǒng)，地面站控制系統(tǒng)和航拍攝像系統(tǒng)3 個(gè)部分。雖然現(xiàn)在無人機(jī)技術(shù)比較發(fā)達(dá)，但是在人員操作和系統(tǒng)配置因素方面還是存在一些困難。雖然相對(duì)于傳統(tǒng)方法來說，無人機(jī)航空拍攝測(cè)繪已經(jīng)有了很大的優(yōu)勢(shì)，但仍然無法做到精益求精。但是人們對(duì)無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)重視，所以未來無人機(jī)航空拍攝技術(shù)也會(huì)繼續(xù)不斷地向前發(fā)展和推進(jìn)。通過本文的論證與分析，可以看出，無人機(jī)航測(cè)攝影技術(shù)應(yīng)用主要包含：空中三角測(cè)量，補(bǔ)測(cè)操作技術(shù)和攝影平臺(tái)的選取等，即可以讓無人機(jī)測(cè)量再邁上新的臺(tái)階，從而能夠在以后的測(cè)量工作中發(fā)揮出更好的作用。通過本文的研究和分析，希望能為相關(guān)工作人員提供一些幫助。