无人机航测技术的应用与实践分析

徐先燕 顾金领

江苏煤炭地质物测队

1 无人机航测系统的概述

无人机最早是美国用于军事，而现在中国在无人机研究领域是发展最快最好的。无人机航测系统是结合先进的无人机技术、通信技术、摄影测量技术等技术，通过拍摄进行所需信息的提取，然后对数据信息进行实时处理分析的系统。如图1所示，无人机航测系统主要由无人机飞行平台、飞行控制系统、影像获取设备、通信设备、遥控设备和地面信息接收与处理设备组成。其中，飞行控制系统主要包括：稳定飞行姿态的垂直陀螺，获取飞行平台位置信息的GPS接收天线以及控制飞机自主飞行的微处理器。地面配套设备主要包括：实时影像的接收与显示的数据接收终端，数码相机获取的地面高清影像的数据处理终端以及控制飞机起降、飞行和拍摄的遥控设备。

图1 无人机航测系统

使用无人机进行空中测量是一个比较先进的新技术，可以在很大程度上提高地形测量的准确度，大大节约了测量时间，具有很高的工作效率。但是目前无人机的航测技术仍然存在一些问题，比如在航空摄影过程中，如何提高拍摄像素和摄影技巧，图像不够清晰也是航空摄影的常见问题，因此，对无人机航测技术的研究仍需不断进行，对不同的地势地形以及测量的不同要求，进行测量仪器设备的不同选择，采取对应的措施，不断完善测量过程，总结分析经验，提升无人机航测的技术水平。

2 无人机航测技术优势

2.1 无人机效率较高

无人机航测在实际的运行过程中，主要是在低空飞行，受到气候条件的影响较小。并且对起飞和降落的场地没有太大的要求，只要是较为平整的场地就可以。同时，无人机航测中由于没有驾驶员的操作，所以不用担心人员的安全问题；升空的准备时间是很短的，一般只要15min就可以了，操作也更为简单；由于受到空域影响的范围较小，使得其可以达到人工测量无法达到的地方，提高了测量的效率，扩大了测量的范围。详细来说，一般的无人机航测技术运用，能够满足2100km2的范围，在此前提下一旦发生了突发性情况时，能够为其快速的提供强有力的技术支持。

2.2 无人机测绘范围较大

无人机基于自身飞行的特点，能够在高空对地面进行多角度、多距离的大范围拍摄，能够在人工难以达到的角度上进行作业，而且基于灵活性的角度上，无人机也适应小范围、低空的环境，在此前提下得出的数据具有层次性，可以更好的帮助工作人员对数据进行分析工作。无人机在大范围的特点下，还兼顾了数据的准确性、实时性，准确性基于无人机自身的移动与摄像机的高清拍摄，实时性主要基于摄像机的数据传递与3D仿真模拟技术的三维立体图分析，根据统计无人机航拍的图像分辨率，在当前技术下最低可达1～5dm，具有极高的清晰度。

2.3 无人机工作周期性较强

无人机作为机械设备而言，在日常维护以及休息的情况下，能够保证长时间的使用，与人工作业相比较，显然在周期性上具有巨大的优势，因此，强大的周期性所带来的就是高效的工作效率。无人机的运作，并非只依靠无人机与人工操作完成，其工作背后还有一系列的强大系统作为支持，在系统技术的发挥下，能够最大限度的提高测绘工作的综合性，因此保证了无人机测绘技术的周期性。

3 无人机航测技术应用

3.1 无人机航测技术低空作业应用

传统的航测技术运用，为保障数据的多层次性，同时也受限于地形、环境等方面的因素，常常在测绘工作中需要处于较低位置的空中进行拍摄。而无人机航测技术，在低空作业当中如图1所示，不会受到此类限制，对于环境的条件极低，更加不会受限于地形问题。此外基于安全性的角度上，无人机完全没有必要考虑此点，只要保证操作人员的操作水平过关，既可很好的完成工作。

3.2 无人机航测技术低空航拍系统应用

为了保证测绘技术的图像信息清晰，无人机的摄像机往往都被要求为高像素数码相机，在低空航测系统当中更需要注重此点。高像素的数码相机就意味着高清晰度的图像信息，再配合与相关计算机软件技术的应用，能够很好的加强拍摄图像的清晰图，帮助测绘工作的准确性分析。

3.3 无人机航测技术封闭空间应用

基于测绘技术的要求，无人机常常会进入山洞等封闭环境下进行作业，在此环境下，对于无人机装载的摄像机就有较高的要求，而基于成本的角度上，功能性强大的摄像机自然会造成较高的成本，因此通常情况下，可以搭配摄像机灯照设施进行拍摄的工作。封闭的环境中，往往会存在一定的危险性，例如有害气体等，但这对于无人机而言没有任何影响，因此无人机的应用可以保证畅通无阻。

4 无人机航测技术的可行性分析

随着人们生活水平的逐步提高，对生活方式与环境等要求也随之逐步提高。对建筑施工来说，项目施工管理工作往往能直接影响到建设成果质量的高低。在如何实现工程建设的高水平方面，无人航测技术容易对施工现场的长期、定期大范围航拍，结合对拥有高分辨率的遥感影像的数据处理与分析，实现了一种全新的工程建设管理技术。

结合操作流程及工作效果，对无人机航测在建筑施工上的管理应用进行可行性分析，发现：①通过无人机航拍，能直接全面掌握施工的进行进度。②通过定期航拍的安全管理与监测，能根据影像采取防患措施与抢险急救。③运用无人机机动灵活等特性进行大范围监测施工现场环境变化，监督水保等措施的执行情况。

显然，无人机航测在建筑施工管理应用方面应用多样化，因其成本低，具有极强的应用实践性。除此之外，无人机航测技术的高精度、机动灵活等优良特征更使得无人机航测在需要高精度与高分辨率等图件和数据的土地整治项目中得到了广泛的应用。

在可行性研究阶段，无人机航测技术的应用能够高效实现DLG、DOM等成果的获取，并通过获取的成果科学合理地构建项目的三维立体模型，在很大程度上满足土地决策者、土地管理者等对项目的了解认知，从而做出科学合理的决策与报告编制。其后的规划设计阶段则是通过对无人机航测成果的利用来精密规划项目内的重点工程，进行预算编制和工程布置图等绘测工作。而这之后无人机就要通过分阶段性的利用拍摄项目影像，运用叠加分析法对其分析从而科学合理判断和掌握工程进度。

5 无人机航测技术的实践分析

无人航测技术是一种新型的地形测量技术，它具有很多优点，在测量的过程中能够很好的提高测量的准确性，保证应用较短的时间内测出准确的结果。无人机航测技术的主要步骤是像控点布设与相机检校、航空摄影、正射星图制作、可视模型制作，这些主要过程的正确进行对于测量结果的保证具有重要的作用。在我国现阶段无人机航测技术的发展过程中，对于这一技术的主要内容操作过程中还有待进一步的完善与改进，只有将现有存在的问题进行解决才能提高我国地形测量的水平。像控点布设与相机检校过程中存在的主要问题就是对于像控点的准确确定还有待进一步的加强，像控点是保证摄影角度最为主要的因素，只有将像控点进行校准才能提高测量结果的准确性。在航空摄影过程中主要存在的问题就是航空摄影的像素以及摄影技巧有待进一步的提升，目前航空摄影中所拍摄的影像不够清晰，这对于地形测量结果的分析造成一定的困扰。在无人机航测进行地形测量过程中，可视模型制作也是一项十分重要的内容，可视模型制作应该使用更为适合的材料，体现出地形的外在特点，这有利于地形测量结果的准确分析，对于提高地形测量结果的可信度有着重要的意义。

在我国现阶段的发展过程中，无人机航测技术是提高地形测量水平的关键内容，提高无人机航测技术能够从基本上保证地形测量的结果准确性。地形测量结果的准确分析是我国施工工程中的重要内容，我国施工工程在现代化建设过程中具有积极的作用，只有首先将我国施工工程进行很好的完善，才能保证我国在未来的发展过程中有更好的发展潜力。无人机航测技术的提高不仅能够使我国建设水平进行很好的加强，最主要的是能够进一步的促进我国经济水平的进一步发展，这在当代发展过程中具有重要的意义，是我国现代化建设过程中所必须进行重视的问题。

5.2 航空摄影

5.2.1 航线设计

分析测区地形，查清测区内的山、水面、高层建筑、军事设施等情况；查清测区的形状、大小；为航拍飞行规划做准备，雨、雾情况，云系高度，光照强度、风力风向等。结合分辨率要求、相机的焦距、像幅、还有飞行区域的海拔等因素计算设计飞行航线。航线按东西向直线飞行，特定条件下，亦可根据地形走向与测绘需要，按南北向或沿线路、河流、海岸等方向飞行。

5.2.2 航测

在规定的航摄期限内，选择地表植被及其它覆盖物对成图影响较小、云雾少、无扬尘(沙)、大气透明度好的季节进行摄影，并根据地形条件的不同，严格按规范规定的太阳高度角要求选择摄影时间。在无人机航拍过程后，将所得到的影像进行上传，应用正射影像图制作的相应软件进行处理。经过对测量后得到的方位元素以及影像匹配进行前方交会，可以得到大量离散的三维点，利用这些三维离散点进行进一步的分析，通过人机交互的方式获取相应信息，进而生成相应的正射影像。正射影像图制作是影响地形测量的重要因素，只有保证正射影像图准确有效才能进行后续的测量分析与数据处理阶段，进而得到相应重要的数据，对施工工程的进行有着重要的影响意义。

5.3 高精度加密计算

无人机可以收集和处理相关信息数据，特别是对数码照片通过照片校正，可以将畸形进行矫正，使框坐标残差的绝对值为零，还可以建立测量区域，对相关信息数据进行处理，内定向采用边框进行自动处理，在确定限差符合相关标准会得出数据，最后输出。在整个过程中，还可以通过自检校的平差方式消除大气折光、地球曲率等因素造成的误差，从而确保最大化地确保结果准确。

5.4 内业测图和外业测绘

内业测图是基于像控点，利用空中三角测量来计算测图的控制点、平面坐标以及高程，遇到与实际情况不符合的地方还需要进行补测，对于被荒地、果园覆盖的地区，还需要根据植被的高度进行绘图数据的修正，确保测图的准确性，特别是像电力线、电缆等独立的物体，无论大小，更要进行准确测绘，利用相关软件最后形成完整的格式地图。外业测绘是需要在实际打印的地图上进行，必须严格按照国家有关标准，对测量的结果进行修改调整，以充分保证测量的准确性，为了提高准确度，必须逐一标明通信线路、电缆、转折点等，并指示线路的方向；对公路等级、宽度、类型也需标明其详细情况，按实际位置对桥梁、涵洞等构筑物进行测绘。

结语

综上所述，随着我国科学技术的不断进步发展，地形测量技术进步明显，无人机航测技术就综合了多种技术优势，在地形测量方面具有操作简单、精度高、成本低的优势，在我国测量领域发挥了巨大的推动作用，也在一定程度上促进了我国经济的进一步发展。因此，在今后的无人机航测技术的研究中，要更加深入研究，利用这种技术更快速、准确、高效地为相关部门提供地形测量的详细数据信息，带领我国的测量行业走向美好的明天。

[1]王少军，江钰.无人机航测技术及其在土地整治项目中的应用探讨[J].科技创新与应用，2016(17)：299.