无人机遥感技术在测绘工程中的研究

孙姝娅

随着科学技术的发展，无人机遥感技术充分运用于农林植保、物流快递、电力巡线、石油/天然气管道巡检、气象探测、森林防火、警用巡逻、海洋遥感等等诸多行业场景当中，更与测绘工程有着紧密的联结。在测绘工程中运用无人机遥感系统具有更低的运营成本、更高的精准度等优点。通过对无人机遥感技术运用示例的研究，分析了无人机遥感技术在测绘工程中可运用的部分以及实施步骤。

引言

随着经济社会的不断进步，现代科学技术呈现爆炸式发展，而经过几十年的发展，我国无人机技术不断成熟，充分地运用到了导航、航空、数字通讯、传感器当中。无人机遥感技术在测绘工程中的应用具有快速的信息处理、高精度定位等优良的特点，可以在保障测绘质量的基础上大幅度地降低测绘成本。无人机遥感技术的发展现状以及如何在测绘工程中融合无人机遥感技术值得我们深入的探讨。

一、无人机遥感技术国内外研究现状

无人机的设计概念最早起源于第二次世界大战，运用于军工领域当中。而随着经济社会的逐步稳定各发展，无人机技术逐步走入了民用领域，可分为消费级无人机和工业级无人机。工业级无人机应用到涉及国计民生的很多领域，发挥着各种重要的生产力作用。工业级无人机在行业应用的深度和广泛是技术与经验长期积累的结果，在各行业不同细分领域具有极大的商业价值，可以深入应用于农林植保、电力巡线、石油管道巡检、物流快递、国土测绘、气象探测、森林防火、警用巡逻、海洋遥感等等诸多行业场景。前瞻产业研究院发布的《2018-2023年中国工业无人机行业发展前景与投资战略规划分析报告》预测，到2025年，国内民用无人机市场总规模将达750亿。其中工业无人机市场规模达450亿——农林植保约为200亿，安防市场约为150亿，电力巡检约为50亿，而用于航拍娱乐的消费级市场为300亿。在安防领域，警用安防无人机可采集现场数据并迅速传送到指挥中心，跟踪事件的发展态势，供指挥者进行判断和决策。此类无人机还可以多角度大范围的进行现场观察，具有不可替代的作用，是一般监控设备无法比拟的。除此之外，它还具有定制化的特点，警用无人机常常搭载空中喊话、催泪瓦斯、安防监控等装置。通过搭载不同设备可以实现不同的功能，较早在实际中应用。另一方面，自然灾害、事故灾害和社会安全等突发公共事件每年会在我国造成数百万的人员伤亡，累计年经济损失数十亿。而无人机在处理突发事件及救灾抢险过程中发挥着重要的作用，是现代抢险技术应用的一种方式。除此之外，无人机还用于探测、定位和监视森林火灾，采集有关灾害信息等。

二、无人机系统的组成

1.控制站

控制站是无人机系统操作人员的在地工作站点，是无人机任务的与规划中心。操作员在控制站通过无线电通信系统与无人机联结，控制飞机的飞行路线、对飞机携带的各种任务荷载进行操纵。通过无线电通信系统操作人员可以将指令或其他控制信息传输到飞机，并接受飞机传回的图像、地理位置、天气信息等数据。

2.导航系统

在无人机系统的使用中，飞机与操纵者都需要掌握飞机飞行的实时定位，即使对于全自主飞行模式的飞机而言，也需要配备足够的导航设备以便能对飞机进行及时的监控。无人机的导航系统主要由以下几种类型构成：1.雷达跟踪。在无人机上装载雷达系统可以接收操作员发射的雷达信息，在通过响应将飞机的定位与距离传回显示器上；2.无线电跟踪。无人机通过下行通信链路将无线电数据信号发送给控制点，控制点可以利用信号持续地追踪信号源，从而确定无人机实体的实时定位，并根据编码信号的传输时间来确定飞机与控制站之间的距离。

3.发射和回收设备

发射设备：对于某些无法进行垂直起飞的无人机，需要将其利用橡皮经弹射、压缩气体、火箭等推力产生系统，在倾斜的滑道上加速以获得飞行所必须的初速度。回收设备：无法垂直飞行的无人机可以采用轮式/滑撬滑降着陆或者配备回收设备。这种设备类似于降落伞安装的无人机上，在一定的高度打开并采用气囊等缓冲手段保障回收安全，下降到一定高度以较低的速度被捕获回收。

4.无人机实体

无人飞机的无人机系统中主要是承载荷载、数据传输、具体环境扫描等任务。无人机实体上主要搭载了通信链、发动机、稳定设备、供电设备等装置，外观上可观测到平台机身、机高与翼展。系统任务的需求决定采用飞机的类型，例如旋翼飞机适用于远程环境扫描任务，而固定翼飞机适用于军事长航等高空作业任务。

三、无人机遥感技术在测绘工程中的优势

无人机遥感技术已经广泛地应用到了生产生活的各个领域，在测绘工程中也占有一席之地并显露出了其优势。无人机航测费用低、工期短，相比人测有节省时间，降低人力成本，有正射影像，而且精度好的绝对优势。具体来说表现在以下四个方面：

1.节约测量的财务与人力成本

在测绘工程中，地形地物的高差过大、地形过于复杂、天气恶劣等各种原因会导致测绘费用成本非常大。例如：城郊约50平方公里，有山地、农田及部分建筑。人测约12万，航测外业两天转换增加的内业约1.2万，费用航测是人测的十分之一。除此以外，无人机测绘的工期也更短，航测工期约为人测的十分之一。在云南一测绘项目中，部分区域使用劲鹰无人机进行测绘，结果发现在实际项目中人测投入是航测的5倍，工期也是航测的两倍，无人机航测及内业人员是人测人员的十分之一，如4人即可完成约20人的两倍工作量。费用低、工期短以及省人力的特点使得公司易于维护精干人员的稳定性，技术不易外泄。

2.无人机遥感技术测量率有效性高

测量率是测绘工程中重要的衡量指标，测量率的有效性是测量有效的基本条件，如果测量的效率太低会间接地对后续处理产生不良影响，严重者甚至拖延工期或者是带来其他更为恶劣的连锁反应。而由于无人机的测量过程均使用电子集成系统，避免了在测量过程中产生人为的误差，测量率有效性高。并且在人工测量不适合的地形、天气等条件下，无人机技术依然可以畅通无阻地进行测量，提升了测量的效率。无人机遥感技术运用到测绘工程中可以改善测绘时产生的人工误差、缩短测量时间、改善测量结果，最终保障测量率的高效性。在测绘工程的后期的绘图处理时，精度常常在很大程度上受到人为的影响，认真负责的绘图人员制图精美细致，而马虎的绘图人员会给整体项目带来十分恶劣的影响。无人机航测的测量以及制图只需要少数精干人员即可完成，特别在1：2000及1：1000的小比例尺项目中质量控制甚至远高于标准，保障整体项目的质量以及公司的口碑。

3.更大的测量范围与测量尺度

无人机遥感技术在开阔的天空环境中展开测量，可以测量人工测量无法进行的范围而不受到复杂地形的限制，可以进行高强度的作业不受到体力的限制。如今无人机遥感技术已经可以对小范围的测量达到较好的精准度，在此基础上可以逐步将测量范围与测量尺度扩大。与此同时，测量人员通过无人机的三维成像功能可以观测到立体的实时影像。

4.更为高效的信息处理

无人机遥感技术能实时地将检测的地理信息及时地传送到监测站并快速地处理知识，在检测目标区间内，无人机运用电子运算在各方面的信息处理都拥有这更快的速度，能够为提升信息采集效率提供有效的保障，能极大地提高测绘工程的效率与准确性。

四、无人机遥感技术在测绘工程中的应用

通过将激光扫描仪、高分辨率CCD数码相机以及轻型光学相机等可用于测绘测量的拍照设备安装上无人机上可以实现无人机的航拍摄影功能。再配置上一定内存的存储系统以及运行处理系统，可以对实时拍摄到的图像或是扫描的到的数据进行分析处理并保存或者及时传送到终端，从而实现无人机遥感技术在测绘工程中的应用。

下面以江西某村为例，具体说明无人机航在测绘过程中的应用，包括了无人机航摄、地形测量、空三加密、地形图制作、DOM制作和DEM制作、无人机航摄影像成图精度分析等工序。1.航空摄影。该村采取东西向飞行，平均航摄比例尺为1：23533，平均地面高度为1350米，其相对航高为650米。平均地面分辨率0.13米，满足1：2000成图要求。2.空中三角测量。量测外控点时，先量测测区四周的像控点以后进行平差，其它像控点就可以通过预测的功能来找到大概位置达到快速量测目的。接着应用外业工序提供基础控制点参与计算，提升空三加密的整体精度，测量完后进行最终的平差解算，最后给合适的权值强制平差。进行连接点的交互编辑，根据刺好的控制点进行光束法平差解算，直到加密完成，输出空中结果。3. DEM、DOM 制作。首先，根据空三加密成果，对无人机航摄的原始影像进行重样生成核线影像。其次，系统自动匹配三维离散点，得到摄区的DSM。最后，经过自动滤波便可得到DEM。再利用DPGrid系统全自动生成DOM。4.地形图制作。配合DEM将DOM进行校正，然后在拼接生成完整的区域地图。最后，将区域整体导入到VirtuoZo NT软件中进行测图，生成最终的地形图。5.无人机航摄影像成图精度分析。采用GPS快速静态方式获取该摄区外业检查点的坐标数据并进行抽样精度分析。根据点位中误差计算结果绘制点位误差分布图。点位误差分布图更直观的反映了每个检查点的误差分布情况。

五、结语

无人机遥感技术是无人机与感应技术的结合，常用于资源调查管理和监测, 环境监测,灾害评估等，并且可以部分替代测绘工程中的大量人工，具有很多优势且实际应用广泛。本文对无人机遥感发展现状和系统构成做了介绍，并分析了在测绘工程中运用无人机遥感技术的优势，在此基础上以实例具体地讲解了无人机遥感技术在测量工程中的应用步骤。