工程管理中无人机航测技术的应用

文／刘毅、孙立、肖永力 湖北省地质局地球物理勘探大队 湖北武汉 430056

1、无人机航测技术的原理、流程以及应用要点

1.1 无人机航测技术的原理

无人机航测技术在工程管理中起着重要的作用，其主要是对工程测量进行影像数据分析以及处理，因此，无人机航测技术是由信息采集系统以及信息处理系统给予技术支持的。其中，影像采集系统是由飞行控制系统以及地面监控系统组成的。无人机在天空中沿着规定的飞行线飞行，从而获取垂直的航空像片，构建成航空立体成像，无人机在天空中时航向的重叠在70%左右，旁向重叠大约是50%。像片重叠是指对间隔距离相同的两个不同位置进行统一对象的拍摄。由无人机获取的大量信息数据需要进行及时的处理，并且需要进行出色的信息数据文件整合，对无人机搜集的大量像片进行整理，简单来说就是对这些像片进行一个质量的检测，整理航带，对无人机搜集的像片进行预处理以及像片更正等操作。目前，应用无人机航测技术进行工程测量时，通常是由无人机利用其自身的遥感系统进行工程测量工作的进行，无人机航测技术的遥感系统是由空中三角测量系统以及三维建模系统组成的。空中三角测量系统的主要作用是确保工程测量的精度以及准确性，因此，空中三角航测系统在功臣的测量中起着相当重要的保障作用。首先由相关的专业人员将航带进行研究确定，之后再由空中三角系统将研究确定好的航带进行融合整理，从而确定航带与空中三角系统之间的关系，利用获得的关系对空中影像进行内定向，通过李彤控点量测以及平差计算等方法对无人机在空中拍摄影像的连接点布局进行分析计算，进而组建成全面的三维立体模型，完成模型的定向，根据组建的三维立体模型生成核线影像，从而完成工程的测量。无人机航测技术的原理（如图1）说起来有些复杂，但是掌握其中的核心就相对简单了。

图1 无人机航测技术的具体工作原理

1.2 无人机航测技术的工作流程

在工程管理中，几乎所有的建筑工程都需要较为精准的测量数据才能进行工程项目的施工，因此，这样的需求就需要通过利用无人机解决了。无人机具有较为精准的数据测量功能，首先要依据工程项目的实际需求来确定工程的测量范围，之后对将要测量的区域进行空气湿度、风力风向、施工现场的坡度等要素进行实地的勘测，然后根据工程的实际需求以及测量对象的精度确定拍摄技术以及航测技术的设计，再通过确定后的相关技术进行影像的拍摄，在利用无人机航测技术进行工程测量时，需要对无人机拍摄的影像进行畸变差改正。因此，为了确保拍摄影像的精确性，就需要在每一张拍摄完成的像片上设计一些检查点，大概为十几个，生成数字高程模型，并对数字高程模型进行质量验收，空中的气流流动具有一定的不确定性，因此，当无人机在进行空中作业的时候极易受到气流的影响，从而导致无人机的角度过大或者偏离航线的情况发生，所以在无人机进行空中作业前要给无人机加装三轴稳定平台等设备，保证无人机在进行空中作业时的稳定性，从而确保工程测量的精确性，提高无人机在工程管理中的工作效率。

1.3 无人机航测技术的应用要点

无人机航测技术具有一定的专业性，因此，在工程管理的实际应用中要充分的掌握其应用要点，提高无人机航测技术在工程管理中的应用效果，保证工程测量的精确性。在无人机航测技术的实际应用中，无人机的数据处理、传感器装置技术以及参数设置一定要满足相关方面的技术要求，只有满足这些需求才能保证无人机航测技术在工程管理工作中的工作质量。

1.3.1 数据处理能力

无人机航测技术的核心功能就是数据处理能力，因此，在利用无人机航测技术进行工程的管理工作时，要注重对无人机航测系统的数据处理能力的研究。首先要提升无人机航测系统的数据处理技术，使影像的横向重叠度误差小于5%左右。在进行像片的处理时要使相片的旋转角度小于6°，倾角大于2°，从而确保无人机拍摄影像的稳定性。当无人机在进行数据的输送时，经常会受到来自四面八方的因素的影响，因此，要加强无人机在进行数据输送时的安全性，从而保证相关的数据能够顺利地传输到相应的环节中去。

1.3.2 传感器装置技术

无人机航测中的遥感技术在工程的管理中有着关键的作用，促进了工程管理的进步。在进行工程的测量之前要对无人机的遥感设备进行减产，尤其是遥感设备的存储功能，要确保存储功能良好并且有足够的储存空间，这样才能满足对数据的传输要求。除此之外，在无人机进行空中作业之前要确定好无人机的飞行高度，保证在无人机进行空中作业的时候能够在遥感装置的接受范围内，避免由于距离过远造成的无人机失控的现象出现。当无人机进行空中作业时，经常会面临各种各样的地形地貌，为减少无人机拍摄影像不清晰的情况，就要采用极高分辨率的遥感装置。当然，对于无人机的摄像头也要应用主页的航测摄像头，在不同的地形地貌下都能够拍摄出质量较高的影像，从而确保无人机航测的工作质量，与此同时，对无人机拍摄影像的畸变改正功能也要进行强化，利用已知的畸变数据来加强数码摄像机的主点以及主距，在这个过程中，可以将数码摄像机的测试在室外进行，实现大范围内的无人机航测数据验证，从而保障无人机遥感设备在实际的工作中也能够发挥出其真正的重要作用。除此之外，对于遥感设备的选择也会对无人机航测工作带来影响，因此，在选择遥感设备的时候要选用具有不少于1:2000比例尺的遥感设备，从而使得无人机在多么复杂的地形情况中都能进行正常的工作。

1.3.3 参数设置

随着无人机航测技术在工程中的应用，数字摄影测量网格系统在无人机的应用中也越来越广泛。数字摄影测量网格系统在进行影像的处理时具有图像重叠功能，可以对影像进行全方位处理，并且还可以对像片进行精确的分类，再根据不同的类别进行数据的分类传输。在无人机拍摄的过程中，通常都会出现误差，但是，数字摄影测量网格系统可以实现航带中6张以上的像片，从而减少在无人机拍摄过程中出现的误差。如果要保证无人机航测系统在工程中的应用效果，就要在确保人机安全的情况下进行工程的测量以及管理。在使用前应详细地规划出无人机的航线以及能耗，通过对定位系统的数据分析，使无人机能够在计划中进行工作。除此之外，要对无人机各个系统的运行状况进行分析研究，在无人机工作的过程中减少其安全问题的发生。在无人机的航测过程中要准确的设置出生产模块的参数，从而使无人机的数字高程模型能够顺利地生成，同时相关的工作人员要时刻的关注无人机的位置变化，在无人机进入规划路线前考虑到航测区域地形地貌以及地面附着物的情况。工程的拍摄结束后将会呈现出完整的航测图像，在保证拍摄影像质量的前提下对后期的各个部分进行分析，充分利用航测系统对数据的处理以及整合功能，从而保证无人机航测工作的准确性。

2、无人机航测技术的优点

2.1 测量结果更加准确

在工程管理工作中，应用无人机航测技术与传统技术相比获得的测量结果更加准确。传统技术中的地面信息采集使用的主要设备是卫星以及载人飞机，地面信息采集工作的成本较高，除此之外，在进行信息采集时如果遇到恶劣的天气问题，对载人飞机中的工作人员的人身安全将会造成威胁，也会为信息采集工作的进行造成巨大的阻碍，但是，无人机航测技术完美地解决了这些问题，即使在不好的天气条件下，无人机都能够进行信息的采集工作，同时对相关的操作人员不会带来人身安全问题。

2.2 准确收集科学数据

无人机的遥感系统可以在工作的过程中收集到较为准确的科学数据，从而为整个信息的采集工作提供良好的数据支持。在无人机的遥感系统中应用较多的科学技术，例如，数字传感器、卫星定位技术以及无人机技术。这些先进的科学技术大大地减少了无人机航测结果的误差，可以使测量的数据更加的精确，从而得到更加科学的数据。而且，无人机的体积以及面积小，操作方便、灵巧，在对一些相对隐蔽的区域进行勘探时也能进行细致的拍摄，在减少人力以及物力的同时，还可以缩短工作的时间。同时与传统的测量技术相比，无人机具有广泛的应用空间，在地质灾害预测、矿区地质分析以及部分危险区域的测绘中，无人机都能够使这些工作顺利进行。

在测绘数据采集过程中，自动技术与手动技术的结合是根据不同的要求来完成的，该技术形式可以有效地消除不合格测绘数据和信息，可以显著改善测绘数据图纸信息的准确性。除此此外，根据测量数据结果，单一模型可以进行定向操作，在此过程中，分析了无人机的导航路线方向分析，然后根据数据分析路线，判断其是否正确。如果路线偏离了正确的方向，应进行适当的修正操作，以确保路线的正确性，从而确保路线正确。在技术测绘方面，当使用无人机空中测量技术时，第一步是根据位置测量区域根据地形选择合适的飞行平台。与传统测绘技术相比，无人机航空测绘的图像采集更加的准确。虽然无人机的飞行旋转偏转角度大，但其图像振幅很小，因此，在进行图像数据采集过程中，使用空中三角测量是非常必要的。测量技术可以纠正和修复无人机采集到的像片，并可以显著减少无人机拍摄的问题。另一方面在采集相关数据信息时还可以利用曝光拍摄延迟、旋转缓冲、飞行调整的补偿以及其他技术。

2.3 快速处理数据

无人机的遥感系统可以对收集到的数据进行快速的处理，提高了无人机航测技术在工程管理应用中的工作效率，同时也保证了获取数据的完整性以及精确性。与此同时，和传统的技术相比无人机受外界环境的影响相对较小，在恶劣条件下也能正常工作，不会产生耽误工期的现象，并且无人机具有较长时间的续航功能，能够连续工作更长的时间，从而缩短工期，提高无人机在工程管理中的工作的效率。

3、无人机航测技术在工程管理中的具体应用

3.1 航测影像快速拼接

与传统航测模式相比，无人机航测模式能够实现像控测量的目标，并对工程测绘过程中得到的影像与工程项目施工场地实际地形条件进行对比分析，及时处理工程测绘中不合理的地方，进一步彰显无人机航测在工程测绘中的作用效果。由于工程测绘过程中产生的影像较多，且多数工程测绘影像的像幅比较小，很难满足工程项目后期建设要求，继而影响工程项目建设效果。而在无人机航测的支持下，开展工程测绘工作，则可以提升工程测绘结果的准确性，同时借助于无人机航测中先进科学技术手段对工程测绘影像实施有效拼接，调整工程测绘影像中潜藏的问题，强化工程测绘效果。此外，工程测量区域包含众多特征点，无形中加大工程测绘难度，难以满足工程测绘要求。基于此，就应在相应工程测绘当中应用无人机航模测试，规划工程项目测量区域中的特征点，确保特征点能够在工程项目测量区域中达到均匀分布的状态。如果工程测绘区域的色彩对比度明显，则需要通过无人机航测模式提高工程测绘影像的辨识度，并在完成工程测绘工作之后对相应测绘结果展开有效检测，提高工程测绘结果的准确性，以保证工程测绘能够满足工程项目测评工作的多方面要求。为保证工程项目建设人员对相应测绘影像有所了解，还应对无人机航测影像实施畸变预处理，必要时还应结合无人机航测影像确定工程项目测绘数据，之后对无人机航测影像实施快速拼接，从而保障工程测绘影像的完整性。

3.2 开展空中三角测量

空中三角测量作为工程测绘中重点工作项目，保证空中三角测量效果，对于提升工程测绘的准确性起到非常重要的作用。应在无人机航测模式的支持下开展空中三角测量工作，以为后期工程测绘顺利开展奠定坚实基础。就一般情况来说，无人机航测模式涉及诸多功能项目，比如，工程项目施工现场控制点文件分析、相机参数分析和原始影像拼接等功能，这就需要相关人员灵活应用各项基础功能进行工程测绘,以为后期工程项目建设提供有效参考依据。一般来说， 无人机航线主要呈现“T”型形状，这样的航线能够提升工程测绘处理的便利性，有效提取工程项目测绘区域中连接点坐标信息，继而将无人机航测中空中三角测量的优势充分发挥出来，据此强化无人机航测在工程测绘中的作用效果，将工程测绘中航测像片边缘出现变形问题的概率降到最低。

3.3 数据采集和测绘图像采集

手动获取和自动加密是无人机数据采集的2种最重要的方法。如果需要，手动记录由人员通过计算机远程控制操作无人机，有选择地收集数据，其数据具有及时性和准确性。自动加密是指在获取信息后传输图像和数据，它作为信息存储在处理器中，并自动设置密码，输入正确的访问密码。这样，不仅收集了必要的信息，还可以保护信息安全，并提供有效的数据保障。在绘制图像时，根据实际情况对线路进行合理规划和调整。制图前正确调整相机镜头并检查图像效果，以避免摄影设备造成的问题，提高无人机空中测量的应用效率。无人机行驶时，其路线不是很稳定，会有偏角，导致图像旋转现象这种情况。基于此，确定飞行环境、飞行平台以及飞行合理规划，并根据地形特点进行测量。定点空中三角测量技术具有高度的自动化，它可以有效地处理和纠正测量过程中气流的影响或操作，对于因操作不当引起的错误问题，必须对数据进行自动匹配、提取和测试联系点，以评估它们是否均匀分布，提高航空图像的清晰度，并减少图像对准和连接点提取的误差，在一定程度上避免了图像质量差，不清晰等问题的发生。

3.4 图像数据处理和地形图生成

在工程现场记录航空影像数据时，检查航空影像的准确性以及质量是否能满足测量要求。否则必须再次拍摄路线，直到航空图像达到适当的比例。至于必要的措施，内部数据处理在通过检查的航空图像上进行完成，经过空中三角测量，得到了不同分块的影像。使用相同名称的图像控制点执行不同子块的图像数据。弯曲点，包括严重故障排除、区域网络约束、定制、处理、纠正和其他流程，处理后的图像数据导入相应的映射软件，完成参数设置，如内部映射、零件方向、摄像机变形和平均高度测量。然后根据工程项目的地形数据进行编辑和编辑工作。经过确认后，生成工程施工现场相关区域的大型地形图（如图2），图2是使用无人机航测技术拍摄到的地形图。如果在地形图上发现缺陷，必须及时发现并纠正直到数据正确后创建工程施工现场的最终地形图。

图2 无人机拍摄到的地形图

结语：

在科学技术的不断发展下，无人机航测技术在工程领域的应用范围也越来越广，在将无人机航测技术应用到工程的管理工作中时，要了解其工作原理以及工作流程，注意掌握无人机航测技术的应用要点，将无人机航测技术在工程管理中的优势全面地发挥出来，从而减少相关人员的工作量，提高工程管理的工作效率以及工作质量，保证航测的科学性以及合理性。