轻小型无人机航摄技术的应用与发展趋势

王哲

摘 要：国家在发展，科技在进步，无人机技术被广泛应用。作为新生代科技产高端产物之一，轻小型无人机搭乘传感器用于航摄，降低人为高空作业的难度系数，为拍摄工作带来更多便利，在地理信息绘制工作中也常用到轻小型无人机航摄技术。虽说近几年来轻小型无人机航摄技术在国内发展态势不错，但其中还是存在一些问题等待商榷，因此，轻小型无人机航摄技术的发展趋势值得大家关注。

关键词：轻小型无人机；航摄技术；质量检查；像控测量；发展趋势

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）24-0214-02

随着科学技术的不断发展与进步，轻小型无人机已经有了明显的突破和进展，其主要表现在远程操作精准度越来越高，飞行时间越来越长，任务完成质量上也有明显提高，因此在测绘行业的被认可度极高，有着良好的发展前景。首先，与载人机相比较，无人机最大的优势在于机动性，因为载物量少所以飞行速度远高于载人机；其次，无人机不受恶劣天气和环境的影响，提高了工作效率；第三，价格优势，购置费低于载人机，且不需要人来乘坐，大大提高了操作人员的安全性。

1 轻小型无人机航摄系统介绍

1.1 轻小型无人机航摄系统组成

所谓轻小型无人机航摄系统一般是由系统软件和系统硬件两部分组成。其中系统软件主要包括：影像获取前的航线设计软件、影像获取后的航摄质量快速检查软件、影像快速预处理软件四部分。而系统硬件则包括：飞行平台、载荷传感器系统、飞行控制系统、地面监控系统、数据传输系统、地面运输与保障系统六个部分[1]。

1.2 轻小型无人机航摄作业基本流程

和传统的航摄存在一定的相同之处也存在明显的不同，轻小型无人机航摄作业和以往航摄的相同之处主要在于，二者都需要进行航线的设计、需要进行航摄飞行、需要进行质量检查、若是有必要都需要进行补飞或者是重飞，都需要进行相控测量[2]。两者的不同之处在于进行无人机航摄航线设计的时候，不需要考虑地球曲率所存在的变化，因为其面积较小；航摄质量检查不需要冲印成相片，可以直接在航摄现场完成；若是环境比较特殊，那么首先需要进行全区域快速镶嵌图的设置，比如在离大陆距离较远以及在青藏高原上进行无人机航摄作业便必须将快速拼图运用进去，来辅助进行控点的布置和设置，通过电子像片来进行刺点[3]。

1.3 轻小型无人机航摄系统优缺点

轻小型无人机航摄系统有点主要体现于其作业机動灵活，不需要设置专业的起降机场，飞行操作简单易学，不需要大量的地面保障人员；比较适合用于面积比较小的区域进行遥感影像的获取；可以开展低空云层的飞行摄影，并且影像的分辨率也会有明显的提高；获取成本低，一般是传统航空摄影的二十分之一，其单次使用成本约为传统航空摄影的十分之一。

而缺点主要体现于：由于体积小、重量轻，所以工作中容易受到风力影响，这会直接导致旁向重叠度以及航向重叠度的规则程度不够；在进行地形图测制的时候，由于影像本身的旋转偏角比较大，这也会给测图工作本身的效率以及精度造成较大的影响，其本身便是小像幅航空摄影，单张影向的像幅比较的小，并且像对多，这也会导致测控以及业内数据处理相关的工作量比较大。

2 轻小型无人机航摄技术现状分析

飞行平台、载荷传感器系统、飞行控制系统、数据传输系统、地面运输与保障系统以及地面监控系统是轻小型无人机航摄的六个重要组成部分[4]。设计航行路线是使用无人机航摄技术的第一步，确保无人机能够在规定好的范围内进行拍摄工作。第二步则是搭乘相关的器材来航摄飞行，在通过无人机进行航摄的时候，需要进行人文的监控，从而确保航摄工作能够进行的比较顺利。虽说无人机可以在各种地区的航摄工作中灵活运用，但风力这种非人为性阻力会给其运作造成严重影响，导致无人机航摄影响的倾角比较大，从而给精度造成影响，最终导致拍摄出的视频清晰度差。

目前国内的无人机航摄技术主要在航空摄影中应用。在进行纪录片拍摄的时候，通过无人机航摄技术能够全面广角式的拍摄拍摄对象。比如在拍摄长城时，通过无人机航摄技术拍摄出的效果也会往往比较好，能够呈现长城的宏伟壮观、具有历史性的美景。但由于其续航时间比较短，很难长期进行拍摄。而且，在同一领域只支持一架无人机单独进行航摄工作，这就大大降低了无人机的工作效率。

搭乘传感器幅面小也是无人机航摄中经常出现的问题之一。目前所使用的无人机航摄搭乘的单反数码相机像素基本都低于四千万，这也是影响无人机航摄摄像精度的最大原因。由于无人机的构造问题，在航摄工作中无法减震导致摄影影响可能会出现虚影模糊的状况，给像点坐标的两侧精度带来一定的影响[5]。传感器对无人机航摄的作用也非常大，多数无人机航摄的传感器都是使用数码相机，只有极少部分搭乘了视频摄像机和多光谱线机。虽说数码相机也能达到一定的航摄效果，一旦遇到云雾等恶劣天气，其航摄效果就会收到严重影响。

3 轻小型无人机航摄技术中存在的问题

3.1 航摄效率偏低

飞行平台续航时间较短、搭载传感器像幅小、同空域只能单一作业是导致轻小型无人机航摄效率低的三大原因。与传统航空摄影相比，用户对轻小型无人机航摄的评价基本都是航摄效率偏低，这也是制约其发展的主要原因之一。

3.2 影像处理成果精度不高

轻小型无人机主要选用搭载135型数码相机，选择它的原因主要在于135型数码相机不带后背，其体积较小，减轻了重量。随着科技产品的更新换代，高性能的135数码相机比比皆是，其功能基本都可以满足遥感测绘的基本需要。但是，以往的无人机航摄系统很少有人考虑成图精度的影响，只是一味地追求大像幅以增大地面覆盖，而这正是航测应用的关键。

下面根据笔者多年的工作经验总结出三点造成无人机影像成果高程精度不高的原因：第一，轻小型无人机数码相机的基高比较小，只有传统大型航空摄影数码相机基高的70%左右；第二，由于小型数码相机没有像移补偿装置，在空中容易受顺风影响，出现地速过快产生影像拖尾的现象，严重影响了像点量测精度。第三，无人机一般是用海绵，橡胶以及软质的泡沫等来减震，并且小型数码相机本身的震动也比较大，仅仅依靠这种方式很难达到相关的预期，数码相机受到的影响也会比较大，精度也会受到影响。

此外，无人机所搭载的数码相机大多数并非是量测型，影像径向、切向畸变较大，需要经过严格的检校后才能使用，因此相机的检校参数成为影响高程精度的主要原因[6]。

3.3 轻小型无人机航摄监管缺乏有效手段

当前，我国还没有根据需要来制定相关的规定来对航空摄影作业、无人机生产进行制约和管理，除了航空院校、航空集团等一些军事单位的无人机研发和生产所处的状态处于监控之中，后来进入这个领域中的民企、科研院所等所处的状态则是自我监控[7]。正因为没有相关的管理条例对无人机的研制、生产和使用方面进行制约，才会出现如今这种无人机“满天飞”的局面。当遇到自然灾害需要应急监测时，天空中就会出现各种单位研制的各种无人机比较的杂乱。所以，国家应该将相关的资源调查清楚，并根据实际情况和需要来进行管理规范的制定。

4 轻小型无人机航摄技术未来发展趋势

4.1 解决航摄效率的问题

当前制约轻小型无人机航摄技术发展的原因之一是航摄效率低。只有解除影响航摄效率的三大问题：研制新型传感器、升级飞行平台、让多架无人机可以同时作业测控与任务规划技术，才能使轻小型无人机航摄技术的发展步入正轨。

4.2 解决外业工作的有关问题

轻小型无人机航摄外业工作量大，也是制约轻小型无人机航摄技术发展的瓶颈之一[8]。在某些测图困难地区（草原、沙漠、深山荒野）实施测绘工作时，采用无人机航摄技术就会受到像控点选点难、施测难的限制，直至目前为止仍未得到很好的技术解决措施。那么如何才能减少无人机影像外业像控点数量，同时实现无控制测图，将是无人机航摄技术未来的发展方向。

4.3 解決应用单一的问题

为了解决当前无人机航摄技术应用比较单一的情况，进行相关技术的开发，开发相关的产品，将其应用领域真正的拓宽，其也是无人机更好的发展的方向[9]。

4.4 解决目标监控难、管理难的问题

将无人机飞行控制技术和当前已经较为成熟的北斗技术结合在一起，从而逐步实现北斗导航。通过调查和研究可以发现，现在国内已经有一些科院和企业在进行相关技术的研究，也就是利用北斗短报文通信技术来接受飞行诸元，并且做好相关的远程监控工作。并且若是遇到紧急情况，可以根据需要来切换，从而达到双向保险的目的，切实提高其安全性。

5 结语

如今在倡导科技创新的环境下，无人机航摄技术将有更广阔的发展前景，并被广泛应用于地图信息测绘工作中。无人机航摄技术独具特点，想必未来还会有更大发展空间。但是现在而言，无人机航摄技术存在的问题较多，这些问题的存在也给无人机航摄技术更好的发展造成了制约。因此，在未来的发展中更多的是去解决这些问题，只有这些问题真正得到有效解决，才能使无人机得到更长远的发展，更高效的为航摄工作服务。

参考文献

[1]李亚丽，张奇翔.小型无人机航拍技术发展综述[J].电脑迷，2016，（11）：195.

[2]李鹏.关于无人机航摄技术现状分析及其应用探讨[J].科技展望，2016，（24）：144-145.

[3]雷东升，查东辉，莫玉梅.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].中国新通信，2017，（12）：53-56.

[4]马旭辉.浅析轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].城市建设理论研究：电子版，2015，（17）：78-79.

[5]臧春喜，褚鹏蛟，胡琦，杨红喜.无人机回收技术专利现状及发展趋势[J].飞航导弹，2016，（03）：39-42.

[6]李鹏.关于无人机航摄技术现状分析及其应用探讨[J].科技展望，2016，（24）：46-48.

[7]李明利，张伟.关于无人机航摄技术现状分析及应用探讨[J].工程技术（全文版），2017，（4）：277.

[8]刘鹏，彭艳鹏，邹秀琼，等.我国无人机航摄系统现状和前景[J].地理空间信息，2010，（4）：4-6.

[9] 毕凯，李英成，丁晓波，刘飞.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].测绘通报，2015，（03）：27-31+48.