无人机航拍技术在工程测量中的应用

2017-10-21范祖贵

名城绘 2017年5期

范祖贵

摘要：与时效性差、成本高常规航空摄影测量相比，无人机航拍技术发挥了巨大的应用优势，形成十分广泛的应用范围。这项技术能够获得十分准确的数据，一定程度提升测量工作的准确性。在实际操作中，科学利用无人机航拍技术，凭借技术特点强化测绘工作效率。

关键词：无人机航拍技术；工程测量；摄影测量

随着无人机航测技术的蓬勃发展，一定程度取代了时效性差、成本高的常规航空摄影测量。目前，无人机航测技术不仅在农业、林业、水利、交通领域纵向延伸；在测绘领域里，也彼此横向交叉，尤其是工程测量领域，在常规的土石方工程测量、道路测量、电力输电线路测量等的可行性研究、前期规划方面已有初步的应用，并且逐步体现了它的优越性和便捷性。

一、无人机航拍原理

无人机航摄系统是一种以无人机为平台，搭载小型影像传感器，借助卫星导航技术、通讯技术实现低空航摄飞行，快速获取地面影像数据的系统。具体可分为两大系统：

第一，采集系统。具体包括遥感平台、飞行控制系统和地面监控系统，其中通过全球定位系统和无人机装载航空数码相机完成平台的航空摄影工作。这项技术可以准确且迅速获取地理信息系统；飞行控制系统凭借定位系统导航精准获得各项飞行器所在区域，利用数字化技术对飞行情况全面监控，从而有效采集信息；地面监控系统包括四部分，主要功能是传输无人机飞行操作中产生的数据与信息[1]。

第二，处理系统。实际包括三个方面：首先，处理遥感像片。关键是科学处置相机检定参数与航摄规范表等文件资料。其次，空中三角。这也是核心部分，凭借规定程序，产生三维立体模型，生成核线影像。最后，三维建模。可视化处置虚拟地形地物，从而得到详细数据[2]。

二、无人机航拍技术应用优势

在测绘地形过程中无人机测绘是一项全新发展的技术，在应用中不需要投入较大的成本，拥有较好的勘察反馈能力，消耗时间不多，有利于转换应用在不同区域。在复杂的测绘环境中能够灵活应对，一方面顺利完成了普通的飞机航摄任务，另一方面还可延伸至之前没有触碰的全新领域。

（一）提升了工作效率

在低空航摄过程中使用无人机不仅提升了反应速率，还表现出显著的机动性和灵活性，无较高的起降场地要求，形成了安装和调试操作水平，可以在既定区域内的突发事故或天气恶劣环境中安排拍摄工作，在时间相对紧张，测绘工作十分繁重的前提下利用有关技术，能在短期内迅速获得影像信息，为处理地震、山体滑坡等突发事件提供参考数据。

（二）获得更准确的数据

利用这项技术可以得到分辨率较高的影像，基本不会受到云层的干扰，同时自由掌控与地面形成的高度，得到的影像资料更为详尽且高分辨率。

（三）节省生产成本

在应用无人机过程中投入成本相对不高，勘查过程中形成良好的反馈能力，不会浪费时间，有利于转换应用在不同地区。无需构建专业特点的起降场所，节省了人力成本，降低了投入[3]。

三、无人机航拍技术应用流程

（一）科学规划航线与测量范围

根据地形图成图比例尺，可以确定影像地面分辨率、像片摄影比例尺和飞行更高度；根据航空摄影航向旁向重叠度设计，确定基线距离和航线距离。但是这一过程中需要考虑无人机的飞行时间或有效飞行时间和起降场地选择，防止在这一过程中消耗殆尽能源，引发严重的坠机问题。现代无人飞行最长时间已经达到60min，去除飞行中起降所需时间，整体拍摄操作所需大概50min的时间。所以要想科学掌控拍摄时间，在实际操作中，必须科學设计航线、合理选择起降场地，提升了操作效率，同时降低出现各种安全事故的几率。另外，要想整体提高工作的安全水平，科学规划项目测绘范围。结合空中俯瞰，结合实际状况，划分测绘区域为长条形状和两边等距，并成功标记四个角，结合分析产生的时间、速度等内容，合理设计航拍操作程序，顺利推进工作[4]。

（二）飞行实施

无人机飞行实施是测量外业数据采集阶段。这一过程包括无人机飞行前检查、飞行轨迹制作、照片及曝光位置设定、滑跑或弹射起飞、巡航压线飞行、返航降落等。

（三）建立区域控制网

要想对测绘工作不断细化，应结合真实状况，对区域建立控制网。在建设项目中合理运用该项技术。结合得到的地图规格建立类似规模的控制网络，并在实际操作中，严控网络覆盖的实际范围，科学设计坐标点，以此为标准，建立三维坐标，通过这部分坐标点明确其实际范围，借助这一方法，简化了处理后期数据的程度。

（四）数据处理

无人机航拍数据处理过程与传统航空摄影测量数据处理过程基本一致的，涵盖光束法区域网平差、影像匹配生成DEM、微分纠正生成DOM等过程，但是由于无人机航拍系统在载重和飞行控制等方面的苛刻条件，所以要求数据处理系统能够实现较为稀少地面控制和支持倾斜影响的空三解算，同时还要求能实现全自动化数据处理，以弥补小图幅、像片多引起的航测数据成倍增加而导致的低效率问题。

1.调整影像比例

与影响坐标不一样，非量测相机坐标测量往往存在明显的畸变差，如果直接使用，计算外方位元素的精度很低因此，应及时调整影像产生的畸变差异，必须综合改正主点坐标、畸变参数等。

2.DEM数据比例

产生地表EDM模型是贯彻落实DOM的基本。采取正射投影模式科学设计模型，从而达到DOM操作目标。基于当前情况分析可知，在这一操作中可以广泛运用Pixe lGrid软件，主要是由于科学利用这个软件，科学搜集与配置拥有多模型和多重特点的栅格数据，保证测区上部分DEM点位与地面特点实现切准操作。操作中，勘测单位以其为中心明确测区，凭借这一方法产生正射影像，直接扩大了软件应用范围。

四、实际工程运用

（一）新农村建设项目

这项建设一定程度推动了社会经济的发展，怎样做好这项工作是有关工作人员需要注意的问题。在规划建设中，必须高度重视测绘工作，在这一过程中，利用航拍技术体现巨大优势，并在前期调查操作中科学利用这项技术，并借助图像处理技术，不断加强处置地物界限和类型，从而全面把握农村实际环境与地物所在区域，为项目建设提供更为精准的数据，保证建设的科学性。

（二）水利项目

在检测水利项目所在的水域环境和水土保持中应用这项技术，能够提升操作速度与分辨率。为顺利开展各项工作提供参考，从而开展各项工作。比如在检测水域环境中，通过这一技术，在每段时间之内，可以全面分析水流实际方向、移动速率与淹没水域范围，从而提升项目的安全水平。

（三）输电线路工程项目

采用无人机航拍技术可用于输电线路工程勘测设计，高精度的DEM和高分辨率的DOM不仅可以提供更加直观的影响图，实现更准确的地物识别，获取更多的地表障碍物信息，达到输电线路优化的目的；还便于室内微观选址选线，减少外业工作量，提高工作效率。

五、结束语

无人机航拍技术目前可满足1：2000地形图测绘的要求，在采用合理摄影参数和数据处理方法时，也能满足丘陵地区及山地的1：1000地形图测绘的要求，所以对于大比例尺地图测绘航测成图具有广阔的应用前景。

无人机航拍技术贯彻落实主要通过无人机完成，所以，必定产生十分严格的技术与质量要求，從而通过多个角度完成航拍操作，精准拍摄每一个地点，不管地域大小，都无法躲避设备的监控。

参考文献：

[1]李厚春.工程测量测绘之无人机航拍技术要点探讨[J].卷宗，2017（15）：88.

[2]丁力军，胡银彪.无人驾驶飞机发展现状与趋势[J].飞航导弹，2015（10）：6-9.

[3]孙景乐，唐林波，赵保军.改进的同心离散圆簇形状描述方法[J].电子与信息学报，2016（8）：1901-1906.

[4]董银文，苑秉成，王航宇.一种有效的航拍图像中直线提取算法[J].武汉大学学报：信息科学版，2016（2）：160-164.