无人机遥感技术在测绘工程中的应用

2021-03-30湖南省煤田地质局第一勘探队

智能建筑与智慧城市 2021年11期

（湖南省煤田地质局第一勘探队）

张强

1 无人机遥感技术

1.1 无人机遥感技术的发展现状

无人机遥感技术，即无人驾驶飞机与遥感传感器相结合的技术，再通过应用通信技术和GPS 定位技术，使获取资源、获得信息的过程变得简单、智能。无人机技术的不断发展，使无人驾驶飞机的应用越来越广泛。近年来，遥感技术不断发展，已经可以精确捕捉高分辨率的影像，快速获取地理信息。无人机测量技术主要指低空遥感技术，无人机遥感技术在应用中具有较高要求，必须与其他技术相结合，才能实现应用价值。无人机遥感技术的短板可以通过多种测绘手段进行弥补，进而不断扩大其应用范围，填补行业空白。

1.2 无人机遥感技术的关键技术

1.2.1 传感器技术

随着传感器技术成本的下降，将其与无人机平台一起使用成为可能，部分企业已经研发了系列测绘传感器，包括多光谱、高光谱和热像仪以及激光雷达。搭配热成像技术的无人机最常用的功能是用于救援行动。

1.2.2 人工智能技术

伴随无人机测绘技术的发展，AI（Artifical Intelligence 人工智能技术）可对飞行路线进行规划，并大大提高了数据处理与分析能力的智能化程度。AI 可以简化无人机勘测和绘图工作，更便于行业的推广和使用。机器学习对图像识别有很高的借鉴使用意义，在无人机测绘领域，机器学习可用于智能识别和追踪目标，例如，无人机数码摄影测量和监测现场工作人员是否采取安全措施等。

1.2.3 自动控制技术

目前，无人机通常由操作员现场手动控制，或者使用软件规划飞行，以完成单次或多次的飞行调查。在大规模测绘时，巨大的工作量带来超高的操作难度。无人机千机编队工作基本都采取差分辅助定位技术，但在实际的自由空间中，并不具备这样的条件。差分辅助定位技术的原理是通过GPS或北斗卫星信号，与已知真实基准站坐标进行对比，实现快速厘米级精度定位。操作员不是控制单个无人机，而是控制数个自主飞行的无人机，控制系统划分测绘范围，并进行实时飞行路径跟踪，无人机设备可根据其他设备的位置进行动态、自动纠正飞行路线。虽然存在一定困难，但随着无人机自动控制技术的发展，这种大规模测绘工作将变得简单、易行[1]。

1.2.4 电池的体积和寿命

目前，市场上已经推出了便携式无人机，很多无人机硬件供应商都致力于制造体积更小、质量更轻的设备。除了便携性之外，在无人机使用问题上还有另外一个重要因素，那就是电池的使用寿命。体积越小、质量越轻，无人机可以持续飞行的时间越长；无人机单次飞行中绘制的区域大小与电池续航之间存在线性关系，因此，飞行时间成为使用无人机技术的最大制约因素。通常情况下，固定翼无人机可以在一次飞行中测量高达几平方千米的范围；小体积的旋转翼无人机，可以通过延长电池续航实现一些新应用，改善目前无人机测绘的服务现状。

1.3 无人机遥感技术的优势

相较传统的测绘方法，无人机遥感技术的优势主要体现在无人机的测绘工作方面。无人机航拍测绘，可以得到清晰的测绘图像，并能放大测绘比例尺。同时，无人机测绘具有较高的实时性，在开展带状地形区地形测绘时，利用航拍无人机可以获得清晰、准确的带状区域地形图；在公路、铁路、水库、海岸线的地形测绘中，无人机遥感测绘也能较好地解决带状测绘工程中的难点问题[2]。

国产测绘无人机的性价比高。当前，在我国的工程测绘施工中，大多使用国产无人机进行测绘作业。价格上，国产无人机具有较大优势。除了因为飞行操作不当造成的损坏事故外，在做好维修和保养工作的前提下，测绘无人机可以多次使用，且基本上不会出现损坏，而且无人机的维修和保养成本在整个工程测量成本中也相对较少。

在某些地形较复杂、气候环境较恶劣的地区，采用测绘无人机进行测绘，可以有效降低危险地区的测绘风险。无人机测绘可以应用在沙漠、高原、荒漠、戈壁等人迹罕至的地方，并能产生良好效果。

2 无人机遥感技术的应用场景

2.1 无人机遥感技术在低空作业中的应用

低能见度、低云、高海拔、山区是无人机测量和绘图工作的主要范围，这使测量和绘图工作的内容要复杂、有难度。在低云量时，无人机进行测绘工作可与遥感技术相结合，共同完成航拍摄影任务，并且准确获取数据影像。应用遥感技术可以充分发挥无人机在测绘工程中的应用价值，可以保质保量完成绘图的要求。无人机遥感技术的价值除了体现在高难度的航拍测绘工作中，还体现在有效应对突发事件中。在原有无人机低空航测系统的基础上，可以进一步优化和创新无人机专用飞行检查系统和低空数码相机系统，并不断对软件进行修正，实现飞行、拍摄过程中更科学合理的地形覆盖。与此同时，不断提高稳定性能的机械变形技术，可以改善无人机低空航测系统中广角相机的自稳定性，该技术可以进一步促进无人机测量和测绘技术的发展。随着科技的发展，计算机软件自动控制无人机低空航测系统成为可能，可以获得精确度、清晰度、分辨率更高的数据，做到准确处理。

2.2 无人机遥感技术在复杂地区中的应用

将无人机遥感技术应用于复杂地区的测绘工程，除了能够在短时间内获得高清晰度的航拍影像之外，还可以解决许多测量难题。在复杂区域的工程测绘中，无人机遥感技术结合地图技术，可针对性地记录高清图像信息，使工作人员可以借助无人机记录的图像信息，对获得的数据进行调查、分析。在对低空无人机空气成像系统进行测绘效果分析的基础上，借助系统处理后的测绘数据，进行社会资源管理和城市化规划设计。将无人机遥感技术应用于资源开发、城市发展等项目，可提高工程服务的技术水平和绘图效果，充分发挥低空无人机遥感系统数据准确、获取数据快捷、高效的优势[3]。

2.3 无人机遥感技术在恶劣环境中的应用

使用无人机遥感技术，可以不受地理条件的限制，精确、全面地捕捉地形中的每一点。使用低地无人机绘图技术进行实际测量时，还可以提高绘图质量。无人机遥感技术融合远程感知技术，可获取无人机图像数据。无人机遥感技术在城市规划、测绘、自然资源开发等方面都有良好的应用前景。

3 无人机遥感技术在测绘工程中的应用

3.1 航拍影像数据的收集

合理应用无人机遥感技术的前提是协调好组成无人机遥感技术的各个模块之间的关系。在具体项目中，工作人员依据需要测量的区域范围，科学选取无人机遥感技术的相关模块，按照不同的测量精度进行合理运用。按照影像数据的不同使用需求，调整飞行器与平台的运行模式，对旋偏角与像幅进行整合，从而保证航拍影像数据的精确性。同时，对无人机遥感航拍的程序不断进行调整和优化，以提升影像数据的准确性为前提，应用多种航拍方式，以便获取精准资料[4]。

3.2 航拍影像的测量和数据的自动获取

与传统测绘技术的信息收集相比，无人机遥感测绘技术改变了低密度信息、低使用效率的情况，可以按照不同需求合理、科学地将收集到的数据信息进行分析、处理，提高信息数据的使用效率。与此同时，无人机遥感技术还可以将无序的信息数据进行自动清除或重新排序，以保证数据的准确性以及连贯性。无人机在航拍时，可收集航线数据信息，并进行及时反馈，工作人员可准确判断障碍物，不断调整飞行航线，提升安全性，保证测量工作的进行。

3.3 航拍影像数据的处理

在进行测量工作时，无人机遥感技术可以一边收集数据，一边处理数据，提升了测绘结果的准确性，使数据真实有效。目前，无人机遥感测绘技术在处理信息数据时，一般会运用数码影像排列的方法，这就要求必须调整好无人机测量的角度，以免造成航拍影像堆叠、测绘数据图像扭曲变形的问题。基于此，在实际工作中，工作人员会在无人机的上方安装数码相机，通过相机的变焦镜头，从不同测量角度进行影像的拍摄，便于后续数据的处理。