无人机航测在工程测绘中的应用研究

文/高飞 辽宁天宇岩土工程有限责任公司 辽宁沈阳 110044

我国测绘技术经过多年发展，已取得丰硕发展成果，尤其以航空遥感为代表的一系列大飞机、卫星、无人机遥感技术在社会生产生活中有着广泛应用，极大地推动了工程建设、应急测绘等工作顺利进行。其中，无人机航测技术比其它航测技术具有高精度、成本低、操作简单等优势，但同时还存在一些影像畸变、影像倾斜角等问题，所以在应用时需要测绘人员结合测绘对象，在充分把握各项航测技术优缺点基础上，从中选择最优航测技术，提高工作质量和效率。

1、无人机航测系统的优点与缺点

1.1 无人机航测系统的优点

首先在优点方面，航测技术成本低，无人机进行相关区域地理信息的测定时，全部测定工作由无人机来进行，无需驾驶人员驾驶即可直接快捷地开展各项工作，不用额外花费资金在飞行器上安装安全装备和驾驶仪，无人机整体生产使用资金少，搭载装备少，整个机型也比较小，占地面积不大。无人机也可以直接进行拆卸与折叠，此类飞行器大量运输时按照机型说明直接进行折叠运输，运输花费也相对较少。无人机航测技术具有灵活迅速的优点，在应用期间如果需要测绘数据对象为自然灾害事件时，可以及时获取灾害发生地点最新遥感数据信息。发生灾害后事故现场情况通常较为复杂，大部分情况下有人机或者搜救人员无法及时进入相应区域，导致灾后信息获取延迟，事故处理小组无法及时且科学部署救灾计划。但是通过无人机可以在较小干扰影响下直接飞入灾区获得事故发生后第一手信息，航测飞机飞行准备时间短，勘测时反应非常灵敏，上升速度很快，非常适合用于灾后救援。无人机航测技术还具有飞行高度较低的优势，航测时飞行高度越高，获得数据误差越大，会和实际数据产生差异，所以无人机可以有效改善常规航测影像精度差的问题，通过低高度飞行可以得到高精度比例尺的影像图，尤其对局部信息获取有极高成功率。无人机低空航测时大部分测绘飞行都是在云层之下，所以多云天气不会对测绘结果产生不良影响。

1.2 无人机航测系统的缺点

在缺点方面，无人机航测存在安全问题，即航测时无人机缺乏安全防护措施，容易出现故障问题影响测绘工作质量，并且故障发生后没有相配套的应急对策，如果一直在故障状态下测绘，数据质量难以保证。同时还具有稳定性差等问题，无人机由于不需要驾驶员来驾驶，所以设备整体结构非常简单，质量较轻，外形小巧，在飞行航测时遇到强气流，容易发生机身偏离既定轨道问题，由此获得的数据质量也会受到严重影响。目前用于航测的很多类型无人机具备航线自动调整功能，但是飞机部分角度偏移属于无规律可循的问题，自动调整功能在一些情况下无法进行合理调整。

2、无人机航测系统的组成

无人机航测系统的飞行平台是无人驾驶器，通过负载数码相机来展开拍摄，通过相关的航测数据处理软件来对数据进行相应的处理，关键的组成部分有：地面信息处理和接受设备、遥控设备、通信设备、影像获取设备、飞行控制系统以及无人机飞行平台等。从基本构成来看，无人机航测系统由地面配套设备以及无人机飞行平台构成，地面配套设备由数据处设备、信息接受设备以及地面遥控设备构成，无人机飞行平台由影像获取设备和飞行控制系统构成。从无人机飞行平台来看，其是传感器和导航器设备的主要载体，通常要求其载重要高于 2kg，续航时间至少为1.5h，巡航速度需要控制在60～160km/h，搭载设备相应任务仓的体积需要超过12500cm 3，抗风能力至少要控制在4级以上，机身翼展和长度要控制在 2～3m，起飞的方式有2种：弹射架起飞和跑道起飞；回收方式也有2种：降落伞降落和跑道降落从飞行控制系统来看，其主要包括传速传感器、气压传感器、空速传感器、惯性导航系统、GPS 接收机以及飞行控制面板等，同时操作员能够利用自主飞行、控制程序以及人工控制3种模式来进行航空作业。从地面遥控系统来看，其主要包括无线电收发装置、地面遥控平台、地面控制中心计算机等，能够在数据传输系统的实时辅助下，对飞行平台的电源能耗、距离、方位、航向、航迹、空速、高度以及飞行姿态进行存储，进而在地面无线电遥控系统的辅助下，将控制指令和数据发送给飞控系统，使得无人机能够在地面操作人员的指挥下，能够完成飞行。从影像获取设备来看，其主要使用的是面阵CCD 数字相机，按照相机所具备的几何成像模型，对相机进行校检，进而获取到相机自身的内外参数。在必要情况下，需要通过特殊手段对相机进行检测，对每一个像元自身的畸变量进行测定，目前，主要应用的相机是EOS 450D和5DMarkⅡ。从通信设备来看，其主要是由地面和空中2个部分所构成，比如，数据传输、天线以及电台等，使得飞行控制系统和地面监控站之间能够完成控制指令和数据传输，并且无人机和地面监控站的相对距离至少要是 10km。

3、无人机航测在工程测绘中的应用

3.1 无人机像控测量和影像快速拼接

和传统航测不同，无人机在像控测量时，获取到的影像数量比较多，且像幅较小，多数都是应急测绘，不太适合于通过冲印相片来对像控进行测量。与此同时，测量区域范围之内所包含的特征点一般比较多，故而在航飞之后，在进行像控测量时，获取到的像控点一般都在测区内部均匀分布，在色彩鲜艳的对比度上，比较明显，同时在影像方面具有较高的辨识度。当获取到影像后，快速地检查其质量，一旦和规范标准符合并在畸变预处理之后，按照每一张影像本身所对应的相关 POS数据，来对测区影像进行快速的拼接。

3.2 空中三角测量

通过无人机处理软件来进行空三加密的计算，该软件在自动化程度上比较高，通常处理过程只需要控制点文件、相机参数文件、POS 数据以及原始影像的准备。因为航线是呈 T 型形状的，故而为了处理的方便性，通常的构建航线是东航线和西航线，之后再通过 POS 数据来实现自动化的航带创建，对连接点进行自动的匹配以及提取，并自动地对粗点和差点进行挑取，检查好测区内部连接点的分布是否足够均匀，对部分连接点进行手动增加，从而确保航线和模型之间的连接强度满足要求。同时需要注意的是，在加点过程中，要确保与影像边缘的距离要足够大，防止相片边缘发生比较大的变形。

结语：

总而言之，将无人机航测技术应用在工程测绘当中，可以显著增强测绘精度，缩短周期，提高效率，弥补了传统航测技术的显著缺点，提高了航测的精确性，与此同时，还降低消耗成本，优势较为显著。然而需要注意的是，要想使得工程测绘的精确度和准确性显著提高，还需要对该技术进行进一步的完善，使得其能够最大限度地满足工程在勘测过程中的需要，从而提高工程的质量。