無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其在地形測(cè)繪工作中的應(yīng)用探討

1、無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其在地形測(cè)繪工作中的應(yīng)用探討摘要：在當(dāng)前我國(guó)地形測(cè)繪工作中對(duì)于無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 無(wú)在地形測(cè)繪中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有成本低、效率高、精度高和出圖快的特點(diǎn)。 本文應(yīng)用旋翼無(wú)人機(jī)傾斜航空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)安徽省某露天礦山進(jìn)行了 1：2000 大比例尺地形圖測(cè)量，分析了其在地形測(cè)繪中的應(yīng)用效果。結(jié)果顯示，應(yīng)用旋翼 無(wú)人機(jī)傾斜航空測(cè)量技術(shù)，誤差符合1/2000礦山大比例尺地形圖測(cè)量的精度需 求，能夠滿足三維礦山以及智慧化礦山建設(shè)的需求，可以將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦 山大比例尺測(cè)量中。關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；航測(cè)技術(shù)；地形測(cè)繪；應(yīng)用分析引言近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有

2、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)成 本低與高效快速等優(yōu)勢(shì)，在小區(qū)域高分辨影像獲取方面有著明顯優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)航 空攝影測(cè)量技術(shù)體系的有力補(bǔ)充，在工程測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。因此，為加大無(wú) 人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用推廣力度，提高技術(shù)應(yīng)用水平，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在工程測(cè) 量中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，為從業(yè)人員提供技術(shù)指導(dǎo)。1傾斜航空測(cè)量技術(shù)基本原理傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)以垂直測(cè)量為主，僅能獲取垂直方向的航空影像數(shù)據(jù)， 導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)無(wú)法更細(xì)致地反映測(cè)繪區(qū)域的真實(shí)面貌。傾斜航空測(cè)量技術(shù)通過搭 載多角度、多方位的攝影相機(jī)而實(shí)現(xiàn)了從不同方向獲取測(cè)繪區(qū)域面貌的目的，有 效避免了垂直攝影技術(shù)無(wú)法從側(cè)面獲取測(cè)繪區(qū)域信息的缺陷，不僅能對(duì)三維建模、 立體

3、礦山和智慧化礦山建設(shè)有利，而且顯著提升了測(cè)量精度。傾斜航空測(cè)量技術(shù) 在地形測(cè)繪中的應(yīng)用主要包括航飛參數(shù)設(shè)計(jì)、預(yù)處理、空中三角加密和地形圖制 作等步驟。2.1機(jī)動(dòng)靈活與傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有快速航測(cè)反應(yīng)能力，無(wú) 人機(jī)往往處于低空飛行狀態(tài)，飛行質(zhì)量、機(jī)身顛簸度與測(cè)量精度并不會(huì)受到氣候 條件的明顯影響，且空域申請(qǐng)較為便利。同時(shí)，在無(wú)人機(jī)飛行期間，當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)向 變化時(shí)，雖然會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行線路造成影響，但依靠飛行控制系統(tǒng)，可以在短時(shí) 間內(nèi)對(duì)無(wú)人機(jī)航線進(jìn)行修正處理，以減小外部環(huán)境對(duì)測(cè)量精度造成的影響。此外， 無(wú)人機(jī)作為一種小型飛行器，對(duì)起降場(chǎng)地要求較低，僅需在一段較為平整的路面， 即可

4、安全完成無(wú)人機(jī)起降操作，并將升空準(zhǔn)備時(shí)間控制在15min以內(nèi)。而在測(cè)區(qū) 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件過于復(fù)雜時(shí)，無(wú)法通過自力發(fā)射方式起飛時(shí)，工作人員還可選擇采 取彈簧起飛與垂直起飛方式，向無(wú)人機(jī)提供充足的升力。2.2測(cè)量精度高在無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)中搭載有數(shù)字彩色航攝相機(jī)與數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備，在系統(tǒng)運(yùn) 行期間，可以持續(xù)獲取超高分辨率的數(shù)字影像以及高精度定位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)信 息生成三維景觀模型及三維正射影像圖，最終測(cè)量的成像質(zhì)量與精度都明顯超過 大飛機(jī)航拍測(cè)量成果。同時(shí)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)還可以切實(shí)滿足不同類型工程測(cè)量 任務(wù)的精度要求。例如，將無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)切換至低空遙感模式，在低空與超低 空環(huán)境下完成測(cè)量作業(yè)，持續(xù)采集低空

5、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，滿足應(yīng)急救災(zāi)等測(cè)量任務(wù)的作 業(yè)需求。同時(shí)，將系統(tǒng)切換至高空作業(yè)模式，持續(xù)獲取高空信息數(shù)據(jù)，以滿足資 源勘測(cè)等類型測(cè)量任務(wù)的作業(yè)需求。2.3檢測(cè)效率高在應(yīng)用傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，往往面臨著數(shù)據(jù)時(shí)效性差的問題，存檔數(shù) 據(jù)與編程拍攝獲取的影像數(shù)據(jù)時(shí)效性較差，無(wú)法在限定時(shí)間完成測(cè)量任務(wù)，且測(cè) 量結(jié)果與測(cè)區(qū)實(shí)際情況不符。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以同步傳輸所獲取的影 像信息，并開展數(shù)據(jù)處理操作，從而向用戶實(shí)時(shí)提供所需成果。從檢測(cè)效率來(lái)看， 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)每天可完成數(shù)十至上百平方公里區(qū)域的測(cè)量作業(yè)，實(shí)際測(cè)量效率 遠(yuǎn)超過人工測(cè)繪。3.1在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用當(dāng)前在部分工程項(xiàng)目中，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件較為復(fù)

6、雜，分布著湍急河流、險(xiǎn)灘、 峽谷等復(fù)雜地形，受到地理環(huán)境限制，傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量技術(shù)與人工測(cè)量技術(shù)不 具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，測(cè)量精度較低，在測(cè)量期間容易出現(xiàn)突發(fā)問題。無(wú)人機(jī)航測(cè) 技術(shù)的應(yīng)用，可以有效解決以上問題。首先，工作人員通過無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)與飛 行控制系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程調(diào)整航攝相機(jī)角度來(lái)獲取測(cè)繪影像，全面掌握測(cè)區(qū)情況與 地物信息。其次，面對(duì)河流險(xiǎn)灘等復(fù)雜地形，憑借無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活優(yōu)勢(shì)，工作人 員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)身修正無(wú)人機(jī)航線，并操縱無(wú)人機(jī)開展各項(xiàng)高難 度飛行動(dòng)作，將無(wú)人機(jī)與各類障礙物保持安全間隔距離。最后，開發(fā)低空無(wú)人機(jī) 航測(cè)遙感系統(tǒng)，組合應(yīng)用遙感技術(shù)與無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行

7、期 間所產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)誤差加以分析修正，以此提高測(cè)量精度及測(cè)繪影像質(zhì)量。3.2在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用近年來(lái)，隨著技術(shù)體系的日益完善，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在大范圍地形圖測(cè)繪方 面中得到廣泛應(yīng)用，且地形測(cè)繪精度滿足絕大多數(shù)工程1：2000的測(cè)量精度要求。 例如，在無(wú)人機(jī)航測(cè)期間，在系統(tǒng)中下載并識(shí)別DOM數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上創(chuàng)建道路、 路堤與建筑房屋等地物標(biāo)高。隨后，依據(jù)DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，從所獲取測(cè)繪 影像資料中提取地物矢量特征，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正細(xì)化處理，以此來(lái)構(gòu)建DOM圖 形。最后，向CAD軟件中導(dǎo)入矢量化成果，將成圖要求為依據(jù)，對(duì)測(cè)區(qū)地圖進(jìn)行 整飾處理，如此，即可生成DMG格式成果，完成地形圖測(cè)繪任務(wù)。

8、3.3空中三角加密處理雖然傾斜航空測(cè)量有效避免了垂直航空測(cè)量?jī)H能從垂直方向獲取影像數(shù)據(jù)的 弊端，顯著減少了影像數(shù)據(jù)中的“留白”，但是通過該技術(shù)獲得的影像數(shù)據(jù)中不 可避免地存在因高大建筑物、植被等遮擋而出現(xiàn)的“留白”，導(dǎo)致局部區(qū)域的影 像質(zhì)量無(wú)法達(dá)到精度要求，此時(shí)可通過空中三角加密處理解決該問題?？罩腥?加密處理是借助無(wú)人機(jī)航拍過程中定位系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)文件對(duì)其進(jìn)行方位元素的預(yù)測(cè)處理，將高大建筑物、植被等影響因素剔除，能夠有效提高測(cè)繪精 度。在完成空中三角加密處理后輸出成果圖件，自動(dòng)生成DSM、DOM等成果。3.4像控點(diǎn)布設(shè)像控點(diǎn)測(cè)量是提高測(cè)量成果精度的基礎(chǔ)，本次像控點(diǎn)的布設(shè)以及測(cè)量遵

9、循以 下6個(gè)原則：(1)像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的地形地貌確定其密度，在地形 地貌變化較大的區(qū)域可適當(dāng)加密布設(shè)，在地形地貌變化小的區(qū)域可適當(dāng)抽稀布設(shè)， 由于測(cè)繪區(qū)域的地形地貌變化相對(duì)較小，故本次采用的像控點(diǎn)密度為2.5點(diǎn) /km2;(2)像控點(diǎn)一般布設(shè)在旁向大于100 m,且航向基線不少于1條的區(qū)域 4;(3)像控點(diǎn)的位置應(yīng)選擇在容易識(shí)別的地形地貌中，且不應(yīng)存在爭(zhēng)議，如房 屋的房角、田坎的田角以及地形較高的山頭處等部位；(4)像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)盡可 能避開高大建筑物或者植被發(fā)育的區(qū)域，該區(qū)域容易因遮擋而造成航空影像數(shù)據(jù) 中識(shí)別不清晰或者完全被遮擋，對(duì)整體測(cè)繪精度影響較大；(5 )像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng) 盡可能避開較大水域區(qū)域，這是由于水域的水面變化較大，對(duì)測(cè)量精度影響較大; (6)像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)以重復(fù)利用為基本原則，故一般布設(shè)在交通條件相對(duì)較好、 容易保護(hù)的區(qū)域，便于作為校正點(diǎn)。結(jié)語(yǔ)在我國(guó)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展進(jìn)程中，現(xiàn)代化森林調(diào)查技術(shù)大大地節(jié)約了工作時(shí) 間，提升工作效率，已在逐步替代傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方法，克服了傳統(tǒng)方法工 作量較大、工作時(shí)間較長(zhǎng)、誤差較大的弱點(diǎn)，滿足了現(xiàn)代森林資源發(fā)展所需。借 助無(wú)人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)調(diào)查技術(shù)存在的不足，提升森林資源調(diào)查工 作成效，為森林資源的開發(fā)利用與保護(hù)工作開展奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)楊兵戰(zhàn).多旋