工程测量中无人机航测技术的应用研究

邹水宝

福建闽晟勘测规划有限公司，福建，福州，350011

0 引言

随着信息时代的到来，无人机发展迅速，在许多行业中发挥着很大的作用。无人机具有体积小、灵活性强、操作简单等优点，为工程测绘和数据采集创造了有利条件。无人机测量技术可以解决复杂的工程测量技术问题，不仅有效提高了工程测量的效率，而且可以应用于许多领域来保证数据测量的准确性，促进工程安全测量的顺利进行。无人机航测技术使局部数据得到更新，满足了工程测量高精度的要求，促进了测绘信息产业的发展和进步[1]，其广泛应用是现代社会发展的必然趋势。随着我国社会经济的稳步发展，无人机摄影技术也得到了广泛的应用。本文系统概述了无人机空中测量的技术知识，希望这些内容有助于读者更好地理解无人机航测，从而促进技术进步和发展。

1 无人机航测技术的原理

无人机是由无线电设备控制或编程的小型飞机。无人机技术用于工程测量需要高分辨率相机或机载激光定位器的技术支持，以及数字图像手段的使用，如装载数码相机和数字视频录像机。无人机航测系统的测量主要需要高分辨率图像数据的快速处理和反馈、实时对地观测能力和信息处理能力。因此，测量需要视频信息采集与处理系统的支持。图像信息采集系统包括飞行控制系统和地面控制系统。无人机在空中构建航空立体图像时，将获得沿飞行路线的垂直航空图像。航向覆盖率通常为70%，横向重叠率约为50%。

照片匹配是指在相同距离的两个不同位置拍摄同一目标的照片。为了处理接收到的信息，需要将数据集成到文件中，并实时处理无人机拍摄的大量图像。目前，用于无人机工程测量的遥感信息处理系统一般由空中三角测量系统和三维仿真系统组成，在工程测量中起着重要作用，是保证测量精度的关键。空中三角测量系统将首先研究并确定轨迹，对其进行分类和整合，确定它们之间的关系，然后对图像进行内部定位，并通过分析无人机获得图像的共轭点布局，例如测量控制点，通过计算方程形成全维三维模型，实现构建模型的目标，最终得到核心图像。从技术的实际应用来看，无人机航测是一种现代化、更先进的信息获取方法，它不仅在降低环境要求的前提下保证了测量精度，而且具有操作简单方便的优点。无人机工程测量前，相关工程技术人员应首先检查无人机的质量和性能，及时消除存在的问题和异常。

2 无人机航测技术的特点

（1）无人机的高度灵活性。首先，无人机在起飞、着陆和飞行调整方面与大型飞机相比具有明显优势。由于无人机在不受气候干扰的情况下多用来测量低空条件，因此其工作更加灵活。在起降控制过程中，只需稍微平整的地面，无需建立专用机场，整体场地配置较低。在技术的不断发展下，无人机的爬升高度达到千米，覆盖面达到数十平方公里，在航测中具有很大的实用性。

（2）无人机的高效性。考虑到山区、林地等特殊情况，在使用无人机时，也可以通过摄影方式进行记录。此外，随着无人机技术的发展，其续航时间短的缺点也随之得到完善，因此它可以更持久地进行测量，有效提高工程测量的效率。此外，无人机需要的工作人员相对传统测量也更少，这样不仅能有效地进行测绘，还能减少测绘成本，从而更加有效地开展测绘工作。

（3）无人机的高性价比。一方面，对设备成本来说，随着技术的不断发展，无人机的价格越来越低，以大疆为例，大疆精灵4RTK版本的无人测量设备从开始的大几十万到现在的两三万就可以买到，同时还带有机身损伤的保险，所以在相同的测量任务中，不仅硬件成本优于大型飞机，运营成本更低，而且节省了更多的维修成本。与传统的测量方法相比，无人机在获取测量信息时具有更高的及时性、更低的运行成本和更好的无人复杂度，能够在短时间内完成高精度的工程任务。

（4）无人机的安全性。过去，在工程测量中受限于技术手段，更多地依靠人工测量方法，然后才开始发展航空测量。然而，在特殊的工程条件下，它可能会威胁到人员和测量设备的安全，并造成一定的危害。无人机航测的实用性直接摆脱了周围空间的限制，无需人员直接参与，无人机本身具有很高的可控性，可以实现自动故障恢复和安全避让，大大提高了测量安全性，促进了航拍的发展[1]。

3 无人机航测技术的应用现状

随着无人机技术的突飞猛进，无人机的使用范围也越来越广泛。各国竞相投入无人机研究，我国也在无人机开发方面取得了重大突破，成为无人机产品的主要出口国。在高需求下，无人机技术也在不断提高。此外，无人机具有较高的适用性，不断发展、逐步融入各个应用领域，推动技术创新。无人机技术不仅推动了工业发展，而且服务于国民经济建设，具有显著的经济效益。无人机技术的不断进步与低空遥感技术的新突破相结合，大大提升了无人机航测技术在工程测量中的实用价值。无人机航测通常使用低空（200～1500m）无人机进行，既可以提供足够的成像精度，又避免云层对图像的影响。在实际操作过程中，无人机安装了航空数码相机，然后通过自身的控制模块进行检测。随着技术的进步，航测仪器主要通过GPS提供自主导航服务，航测数据的采集和处理可以在飞行控制过程中同时进行。在传统的工程测量中，人们更依赖于人，而无人机航测提供了一种有效的替代方案，提高了测绘的整体效率。同时，在实际应用中，航测无人机具有较高的飞行灵活性、工程测量效率和数据精度，它可以突破工程测量的诸多局限性，避免人工测量的不便。

4 无人机航测技术的实际应用

4.1 在水利工程中的应用

为获取安全性能测量数据，满足水利工程建设的需要，可采用无人驾驶航测。在实际测量之前，需要提前规划无人机的航路，结合测量的工程需要选择无人机的控制位置，避免大地测量对测量精度的影响，提前确定测量方向和近似飞行轨迹。考虑到图像清晰度和航空数据准确性，必须仔细规划，以优化无人机摄影的效果。在实际航测中，通常会将航路数据输入无人机设备中，这样可以有效简化航测过程，让无人机进行自动化测量，降低无人机的控制难度。例如在水库监测项目中，无人机可以有效地对全景进行拍摄。众所周知，水库及周边的地形测绘是相对难度较高的，主要是传统测绘中人和仪器设备难以到达，无法准确采集相关数据，自从有了无人机航测技术后，该项工作变得更为简单、高效且安全。

4.2 在水污染治理工程中的应用

蓝藻等水生植物因水污染过度繁殖，严重损害了水质，造成多种环境危害。因此，有必要控制蓝藻的数量，以控制水污染，尤其是在目前已有的水污染环境中。在实际的水污染检测中，应合理设置蓝藻检测点，有效获取蓝藻的繁殖和生长情况，无人机的检测可靠性更适合航测，在水污染监测中发挥了突出作用。应用无人机可以实时传输检测到的蓝藻数据，并通过高精度图像显示污染事实，便于后续的污染控制。在实际检测中，污染数据的采集不仅要依靠无人驾驶飞机，还要依靠人的参与，从而尽可能保证测量精度。为了满足各种测量要求，无人机在摄像机的选择上主要采用焦距镜头。因此，应提前进行焦距测量，合理确定焦距和畸变，以提高航测的精度。

4.3 在环境治理工程中的应用

由于气候条件复杂，传统的测量方法无法保证测量的准确性，影响环境监测的质量。无人机可以减轻其干扰，获得准确的环境数据，为环境治理奠定全面的基础。以水资源与环境管理为例，无人机航测主要通过可见波段提取方法获取水植被特征数据，将航测数据转化为信息，描述植被特征，确定水生植被的麻风病程度。另一方面，无人机航测可以用于紧急情况下的快速测绘。在执行应急环境测绘任务时，可以尽快采集检测区域的环境数据，通过航测有效采集数据，然后访问服务器完成数据分析，获得DTD、DSM等影像测绘结果[2]。

4.4 在突发事件处理中的应用

在救灾中，效率是最重要的。在地震等突发性和大规模自然灾害的情况下，快速完成地形测量是有效和快速响应的基本前提。为了使应急救援更加及时，借助无人机和航测技术，可以快速完成灾区地形测量，航测数据主要依靠图像，可以极大地方便救援行动，为救援计划提供重要支持，使现场救援更有针对性。例如青海省玉树地震中，山区和河流再加上雨天，加剧了灾区环境监测的困难程度。如果采用载人航空遥感技术，震区监测的有效性无法保证，也难以获得灾区的实时图像，不利于救灾；而在实践中，无人机航拍则大大降低了地震区成像的难度，可以在灾区进行实时观测，极大地方便了救灾指导，充分体现了航拍在应急处置中的优势。

4.5 在特殊地形环境中的应用

无人机测量技术也用于设计其他要求高测量精度的主要工程设施。首先，根据项目的实际需要确定测量区域，并进行现场研究，确定空气湿度、风向、坡度等。根据测量对象精度的要求，在设计摄影和航测方法时，还需要校正无人机摄影过程中的图像失真。为了确保测量的准确性，每个图表需要设置数个检查点，建立数字高度模型，并接受质量检查。执行航测任务的无人机非常容易受到气流的影响，导致角度超过标准或偏离路线，因此在无人机航测过程中需要把握测区状况，如天气、地形、磁场等。目前，工程建设的特殊生态区越来越多，如密林、山区等，无人机可以克服这些特殊地形测量的空间限制。通过无人机，工程测量结果更加准确有效。在工程实践中，由于航测系统基本成熟，而无人机可以提高工程测量的智能化水平，总体控制难度不高，能够满足大多数特殊地形的需要。因此，无论是新农村建设还是土地测绘的应用，都可以反映无人机航测的优越性。

在复杂的地质条件下，水利工程施工过程中的局部测量经常出现一定的危险性。例如，难以测量流域内的湍流和危险海滩，测量员获得的数据精度较低；盆地和峡谷的河流曲率较浅，难以测量；森林植被密度高，有毒昆虫多，严重威胁测绘人员的人身安全，导致测绘项目进度缓慢且不安全。在此基础上，利用无人机航测技术对整个工程空间进行精确测量，不仅可以缩短测量时间、进一步提高测量质量，还可以保障测量人员的安全。总之，无人机测绘技术的应用大大提高了工作的效率和安全性。

4.6 在城市规划中的应用

无人机航测技术在城市规划中的应用，有助于提高抽样精度、统计规律与数据分布特征的一致性。随着城市化进程的推进，数据采集具有越来越重要的意义。目前，无人机航测方法可以改善地形特征模拟，促进城市建设。当需要某些特定领域的数据时，应用该技术可以进行多方面的综合数据采集，不断丰富参考数据库，使建筑行业能够进行理性分析，从而提高城市建设的质量。在这个过程中，数据收集容易出现波动。因此，必须以更加合理的方式完成数据收集。

4.7 在矿山测量中的应用

矿产资源对国家经济建设和发展至关重要，对社会资源的需求也在不断增加，相关部门应注意这一点，并通过先进的技术减少运营过程中对环境的破坏。此时，借助无人机测量技术，可以及时获得可靠的信息（包括视频数据和地形数据），尤其是在恶劣的工作条件下。为了解决资源开发带来的环境保护问题，通过无人机的航拍及航测技术可以及时发现并防止胡乱挖掘现象和破坏情况数据采集的行为，减少对当地环境的破坏。

4.8 辅助自然资源管理

国土空间规划、土地利用现状、海洋污染调查、土地开发、复垦等作为土地管理过程中重要的组成部分，其基础数据的获取离不开新型测绘技术，集中无人机航（拍）测可以作为主要数据的获取手段之一。通过无人机航拍可以及时获取土地的利用现状、有助于解决土地调查中的矛盾；无人机航测的实施将使土地规划更加可行，方案设计更加合理，从而提高土地规划的效率和整体工作质量；通过无人机航拍技术可以有效地针对海洋垃圾污染进行监测，并对污染情况进行测绘；通过无人机航拍可以对土地开发、复垦前后进行直观、有效的对比，且无人机航测还能有效地完成土地开发和复垦后实际开发的工程量结算。因此，无人机在自然资源管理领域也是不可或缺的。

5 结语

综上所述，在技术进步的推动下，无人机航测取得了显著成效，广泛应用于城市规划、工程建设、生态监测、自然资源管理等各类工程测绘业务，实现了良好的技术效果，弥补了传统测量方法的差距，促进了工程测量的技术创新。从技术角度看，无人机航测结合了工程测量，具有高精度、高灵活性和高效率，能够适应各种工程测量。依托无人机航测的技术优势，整体测量质量大大提高。然而，结合工程实践可以看出，无人机航测也存在不足，尤其是在稳定控制和续航时间方面。因此，无人机航空测量需要进一步改进，以满足更高的工程测量要求。