无人机测绘技术在市政工程中的应用

2024-03-26高强

建材与装饰 2024年5期

高强

（太原市政建设集团有限公司，山西太原 030000）

0 引言

现阶段，许多地区都开始使用无人机作为测量设备，完成测绘工作。特别是随着当前影像技术的发展和突破，无人机设备已逐渐成为测绘工程中最主要的测绘设备。通过无人机开展测绘工程，相较于传统的测绘模式来说，不仅提升了测绘准确率，还有效提高了工作效率。本文针对我国测绘工程的发展现状以及无人机摄影测量技术在测绘工程中的应用优势，探究了通过无人机摄影测量技术开展测绘工程的策略。

1 无人机测绘技术概述

无人机摄影测量成为一种新型的测绘手段，无人机设备具有续航时间长、消耗成本低、机动灵活等实际特点，因此，能够完成具有一定难度的测绘任务。从具体组成上来看，无人机低空航摄系统一般由地面系统、飞行平台、传感器、数据处理4 个部分组成。地面系统包括作业指挥、后勤保障等车辆；飞行平台包括无人机飞机、维护系统、通信系统等；影像获取系统包括电源、GPS 程控导航系统等；数据处理系统包括纠正系统、立体测图系统等。从无人机技术发展历程来看，在2012 年以后无人机技术发展迅速。一些单位根据本单位的实际情况，将无人机技术应用于航空摄影测量过程中。在这一时期，旋翼型无人机可搭载激光三维扫描雷达问世，该种设备的问世能够实现小面积数字测量。测绘软件厂商根据测量需要，积极开发自动化无人机航测数据处理软件，通过航测速率软件的有效开发，进一步提升测绘的精准程度。在无人机技术不断发展过程中，越来越多的单位或者企业意识到无人机测绘测量在遥感测绘领域中具有重要的应用价值。在无人机设备使用过程中，可以搭载多种较为先进的遥感设备，如高分辨率CCD 数码相机、激光扫描仪，轻型光学相机等。无人机设备可以采集相关数据及信息，在数据以及信息采集完毕之后，通过相应软件对于数据以及信息进行处理，同时按照相关标准制作成图像。通过运用无人机设备，能够为使用者提供较为完整的遥感影像资料，对于了解测绘地区地质水文情况起到至关重要作用。在具体应用方面，由于无人机设备本身具有一定优势，因此，无人机测绘测量遥感技术可以应用于突发事件处理过程中[1]。在各类突发事件中，如果采用较为常规的方法进行测绘地图制作，很难达到较为理想的效果，同时测绘周期较长，也无法实现对于测绘区域的实时监控。但如果合理应用无人机航空遥感系统进行测绘则可以有效解决上述问题，通过无人机遥感技术应用，能够在第一时间了解测绘区域的大体情况，同时也能够实现对于测绘区域的全程监测，最终达到较为理想的社会效果，也能够为使用者提供重要参考依据。

2 无人机技术在市政工程测绘中的应用优势

2.1 能够实现高速监控

在市政工程勘测过程中，测量人员通过利用先进的无人机技术能够实现对于所施工区域的高速监控，通过进行高速监控了解工程现场具体情况。运用无人机技术，能够让市政工程施工企业在对市政工程进行测绘过程中，避免一些外界因素干扰，最大程度提高测量精准性。通过运用无人机技术实现高速监控，也有利于进一步节约市政工程施工成本，对于市政工程企业未来发展起到至关重要的作用。在无人机技术应用过程中，市政工程施工企业有关方面也应当高度重视，为无人机技术有效应用提供便利条件。

2.2 能够保障数据的安全性

在传统的工程测绘模式中，需要市政工程施工企业组织测绘队伍进行测绘，但由于测绘人员水平各不相同，很容易出现工作失误现象。同时在测绘信息的保管方面也存在相应问题，如果测绘人员不能够按照相关操作流程，对于测绘信息进行及时传输或者保管，则会造成测绘信息丢失，最终让市政工程施工企业蒙受巨大经济损失。如果在实际测绘过程中运用较为先进的无人机测绘技术，则能够通过电子方式传输或者保管测绘信息。在进行测绘时，技术人员可以运用数据安全加密系统，对于所得的数据及信息进行安全加密，通过设置防火墙的方式，能够保障数据安全。再者，由于应用无人机测控技术过程中，无人机设备可以与测绘目标保持一定距离，在数据传输时也能够避免外界因素的干扰而导致传输误差。总的来看，运用无人机技术进行测绘，能够在最大程度上保障数据以及信息安全，为各类市政设计以及建造提供重要依据。

3 无人机遥感测绘技术应用规范

3.1 无人机测绘技术应用流程

无人机测绘技术的应用流程可以分为外业数据获取和内业数据处理两大部分。其中，外业数据获取主要包含原始航摄影像数据的采集和像控点数据的获取。①原始航摄影像数据的采集流程包含测区踏勘、设计航摄方案和影像数据采集。测区踏勘方面，针对摄区的气象、地形高度、光照及房屋分布等情况进行实地调查。设计航摄方案方面，根据测区踏勘得到的实地数据情况，规划航线方向和航线线路，拟定航摄日期，确定航线的架次分区情况，指定航摄可能出现的应急预案。影像数据采集方面，参照航摄方案，在外业航摄软件上，确定返航点，设置返航高度、重叠度及分辨率等参数，开启自动避障模式，启动航飞，采集原始影像数据。②像控点数据的获取流程包含像控点的布设、像控点数据的获取。像控点的布设方面，在测区范围内均匀布设像控点，布设像控点时需注意，像控点的位置要在影像上清晰可见，不能存在遮挡或者模糊的情况，尽可能布设在影像重叠度高的位置。像控点数据的获取方面，根据像控点的布设情况，利用GPS-RTK 对像控点进行采集，采集时，注意拍摄像控点的点位照片，采集后，导出数据，整理像控点的文件成果和像控点坐标数据成果[2]。

3.2 提出任务

相关人员提出无人机遥感测绘任务，明确测绘目标，确定测绘区域地点、范围、内容等，而测绘人员则接受任务，依据相关要求、规范，构建完善的测绘方案，制订合理的测绘计划，为无人机遥感测绘技术的高效应用奠定基础。

3.3 航线设计

航线设计水平影响着无人机遥感测绘任务的完成水平、飞行安全等。在飞行作业前，有必要科学设计航线。航线设计的方法如下。

（1）基于目标快速定位的航线设计。在设计航线时，应先了解飞行目标，清楚飞行高度，再确定航线。这样不仅可以保证飞行效率，而且可有效完成飞行任务。

（2）基于区域影像获取的航线设计。无人机遥感测绘任务包括测绘范围，对于无人机来讲，其就需要完成区域范围内的测绘任务。航线设计是获得可靠测绘数据的关键，所以要注重基于区域影像获取范围、要求，设计航线。其中，需要计算航带间距、飞行高度以及航带数目、长度等，以此提升航线设计水平。

（3）回收航线设计。伞降回收、阻拦回收是常应用的无人机回收方法。在回收无人机中，要提前设计回收点，方便回收。为尽可能地保证回收安全，提高对回收问题的处理水平，还需要设计应急回收点[3]。一般而言，应急回收点应当超过3 个。

3.4 申请空域

测绘人员在执行无人机遥感测绘任务前，需要向空域管理部门申请空中作业飞行许可，以防止飞行作业中与其他航空器发生事故。申请通过后才能执行任务，否则无法执行任务。由此可见，空域申请也是执行飞行任务中不可缺少的环节。空域申请对保障飞行安全具有重要意义。

3.5 飞行操作

飞行操作是无人机执行任务的过程。要想提高飞行操作水平，就必须把握好飞行操作的关键点。

（1）根据工程测绘规划，确定调查区域的位置，了解调查区域的天气情况。阳光充足的晴朗或平静的天气适合飞行。如果天气条件符合飞行运行标准，就可以飞行，否则就不能飞行。在飞行操作中不仅需要注意天气情况，还需要控制飞行时间。一般来说，上午10：00至下午14：00 是比较适合飞行的时间。

（2）组装无人机，确保安全稳定飞行；调试地面系统，方便测绘任务的执行；将无人机与地面系统连接起来，发挥地面系统对无人机的监控作用。

（3）设定地面系统摄像参数、路线等，为顺利完成测绘任务提供可靠保障。

（4）操作地面系统，完成无人机起飞方式、航路飞行、图像数据采集等控制。一旦获取了图像数据，就需要将其传输到地面系统。

3.6 低空作业的信息采集

在工程测量中应用无人机测绘技术的时候，无人机的飞行高度受诸多因素的影响，测量结果的准确度也会因为地形特点、温度、湿度等因素而有所差异。例如，工程测量区域位于一些高海拔地区的时候，云层覆盖会导致空间可见度较低，难以保障拍摄图像的精确度。基于此，可以通过无人机低空作业来进行测量，基于实际情况控制好无人机飞行速度，设置适宜的无人机飞行路线，并实施监测无人机的飞信状态，以有效规避飞行过程中的风险。在应用无人机测绘技术的时候，需要重视信息采集环节，需根据测量数据类型来制定适相应的测量方案。常见的信息采集过程有两种，一种是自动加密，另一种则是手动采集。自动加密是在无人机内部设置控制系统，以该系统来智能识别、采集和储存数据信息，具有较高的自动化水平，有利于保障采集数据的安全性；而人工采集则是在无人机测绘过程中，由技术人员远程操控计算终端，根据测绘项目要起来确定无人机的测绘内容，通过图像拍摄来手动采集数据信息，保障所采集数据的真实性。就目前而言，无人机测绘技术的应用仍然受到一定的限制，需要在应用前做好相关准备工作，预估测绘作业时间，以免无人机没电，同时还要合理设计测绘区域、路线，进一步提升无人机测绘数据质量，加快信息采集速度。

3.7 智能变化监测

智能监测使用的是DeltaCue 工具，它是遥感软件ERDAS 的一个功能扩展模块，用于大范围影像变化的分析，协助用户识别遥感影像中的变化图斑。它提供了一系列的法则等处理方法，是基于工作流的方式对项目进行预处理、变化检测、变化过滤、变化结果查看以及解译。在影像配准的基础之上，对不同时相的影像做定量分析，并在这个基础上显示出变化的情况。对影像差异进行差分运算，测算出影像有变化的部分，从而判别变化量是不是达到阈值[4]。DeltaCue 的一个关键技术在于发现感兴趣的变化。首先，它会尝试去辨别显著的变化图斑，然后帮助用户识别感兴趣的变化图斑。变化检测算法类型的选取需适应于变化检测的感兴趣区域，不同算法的重点可以根据植被变化、土地变化，尤其是主色调的变化来选取或将其对应的像素高亮显示。例如，一条新的路或者市政物被考虑为显著变化，尽管它可能并非用户所感兴趣的。不明显的变化取决于传感器的噪声、大气或者配准不良，则不在考虑范畴之内。其次，软件通过选择过滤器和设置过滤参数允许用户去掉这些不明显的变化图斑，利用域值设定可以达到这一目的。小域值用于去除小图斑（传感器的噪声），大的域值适合于大区域的、很明显的变化图斑（由云区引起的）。不精确配准滤波用来去除因配准不良引起的明显变化。一旦已经界定了变化输出，输出的结果就被认定为显著变化。

4 无人机遥感测绘技术在市政测绘工程中的应用

4.1 在城市地形测绘中的应用

无人机在大比例城市地形图测绘的应用中有突出的技术优势与积极的应用前景，诸多城市已利用无人机测绘得到了城市一定范围内符合规范的地形图。2010 年，无人机航空摄影测量技术由国家测绘局普及推广，随后多个部委先后启动无人机航摄系统应用，无人机航摄应用逐渐铺开，实际应用也逐渐增多。我国多个省市规划部门采购无人机用于城市规划测量技术应用。无人机航空摄影测量技术提高了地形图测绘的现代化水平，其优势在于影像数据分辨率、数据获取效率、社会经济效益较高。

4.2 无人机在数字孪生中的应用

数字孪生城市的建设，离不开无人机等新技术的应用。在市政与城市规划领域，数字孪生是指一幢市政或者城市的物理实体的三维模型，并且由真实实体的实时数据驱动3D 模型的动画。数字孪生技术包括三维激光扫描、摄影测量与遥感技术、BIM、基于位置的服务（LBS）等。无人机作为平台可以搭载三维激光扫描设备、摄影测量设备与遥感设备，进行城市空间数据的测量与获取，从而为城市数字孪生提供数据与模型信息[5]。随后，基于BIM、3D-GIS 技术等为城市构建城市三维信息模型，为城市各市政物或结构物、自然资源等赋予数字化属性，从而对城市的真实地形、地上地下景观进行数字化三维模拟，打造与城市一致的虚拟城市环境。目前，我国的深圳市、雄安新区，都已经开始在“智慧城市+数字孪生”等方面摸索和尝试。