無人機(jī)技術(shù)在測(cè)繪工程測(cè)量中的應(yīng)用

一、無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的概述隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在工程測(cè)繪中的運(yùn)用也越來越普及，尤其是近年來在各種光學(xué)雷達(dá)以及激光設(shè)備的加持下，使無人機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)更加的明顯，運(yùn)用好這些技術(shù)手段對(duì)于整個(gè)測(cè)繪及地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。(一)無人機(jī)遙感測(cè)繪的發(fā)展歷程及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀無人機(jī)最早是作為軍事訓(xùn)練的靶機(jī)而誕生的，之后隨著通訊技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展不斷的更新?lián)Q代。在遙感測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用最初是以油機(jī)為主，此類無人機(jī)體積和重量較大，操作以手動(dòng)為主且難度高。之后隨著電池技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)不斷的小型化、輕便化，在使用上更加的靈活，操作也更加的簡(jiǎn)便化、智能化。限制因素的減少使測(cè)繪無人機(jī)迎來了大發(fā)展。無人機(jī)平臺(tái)也由最初的以固定翼為主，發(fā)展為多旋翼，直升機(jī)、垂起固定翼等多類型平臺(tái)。在無人機(jī)的掛載設(shè)備上從開始的普通膠片相機(jī)逐步發(fā)展到專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)再到現(xiàn)如今的高光譜傳感器和激光雷達(dá)。無人機(jī)越來越得到測(cè)繪行業(yè)的認(rèn)可，通過在無人機(jī)上搭載先進(jìn)的專業(yè)化設(shè)備，能夠極大的拓展航測(cè)的領(lǐng)域和范圍，在基礎(chǔ)地理信息測(cè)繪，應(yīng)急保障、城市規(guī)劃等多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。目前無人機(jī)測(cè)繪在國(guó)內(nèi)外工程測(cè)繪領(lǐng)域有極強(qiáng)的應(yīng)用，也出現(xiàn)了大量的研究成果。在應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害，土地資源監(jiān)測(cè)利用以及城市規(guī)劃等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。尤其在5G技術(shù)發(fā)展的背景下，在各國(guó)的智慧城市建設(shè)過程中，無人機(jī)航測(cè)有著獨(dú)特的推動(dòng)作用。無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)能夠收集并整合城市的基礎(chǔ)設(shè)施信息，促進(jìn)城市的智慧化建設(shè)，幫助開展城市管理和社會(huì)治理等工作。在具體項(xiàng)目的應(yīng)用中無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)充分展現(xiàn)出了其效率高、范圍廣、準(zhǔn)確性好的特點(diǎn)，推動(dòng)了整個(gè)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展。(二)無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)構(gòu)成測(cè)繪無人機(jī)系統(tǒng)主要由無人機(jī)飛行系統(tǒng)、航攝系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)三個(gè)部分組成，每一個(gè)部分又包含相應(yīng)的子系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、GPS技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的集合體[1]。飛行系統(tǒng)作為執(zhí)行測(cè)繪任務(wù)的載體有多個(gè)平臺(tái)，包括固定翼平臺(tái)和旋翼平臺(tái)，固定翼又分為滑跑固定翼和垂直起降固定翼。旋翼平臺(tái)中除了直升機(jī)外還有多軸飛行器及旋翼機(jī)。航攝系統(tǒng)由光學(xué)傳感器，穩(wěn)定云臺(tái)和定位系統(tǒng)組成，是進(jìn)行航測(cè)的核心部件。(三)無人機(jī)遙感技術(shù)需求在全球范圍內(nèi)，國(guó)土資源測(cè)繪領(lǐng)域?qū)o人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用需求非常廣泛，世界各國(guó)都對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)研究，并把其列為未來遙感技術(shù)發(fā)展的重要方向。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，各個(gè)專業(yè)和領(lǐng)域?qū)b感數(shù)據(jù)的要求不斷提高、需求不斷增加，但獲取數(shù)據(jù)的方法和手段仍相對(duì)欠缺。遙感技術(shù)是一項(xiàng)以無人機(jī)為空中遙感平臺(tái)的新型技術(shù)，他為了適應(yīng)這一需要應(yīng)用而生，所以當(dāng)務(wù)之急是要充分利用無人機(jī)遙感技術(shù)來獲取所需的更加詳盡的數(shù)據(jù)資料[2]。如果把無人機(jī)技術(shù)運(yùn)用到工程測(cè)繪領(lǐng)域，面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境，也能夠順利獲得相應(yīng)區(qū)域的影像等數(shù)據(jù)資料，把目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的真實(shí)情況如實(shí)反映出來，并可以以三維的形式直觀展示出來，有效的提升了測(cè)繪工作的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。二、無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)如今，在很多領(lǐng)域都能看到無人機(jī)的身影。在工程測(cè)繪中對(duì)于無人機(jī)的應(yīng)用可以很好的解決復(fù)雜環(huán)境下傳統(tǒng)儀器測(cè)量的弊端，極大的提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，影像獲取的清晰度也大大的提高，可以為工程測(cè)繪提供更加全面和精確的數(shù)據(jù)支撐。與傳統(tǒng)測(cè)繪相比無人機(jī)測(cè)繪優(yōu)勢(shì)明顯，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：(一)極大的提高測(cè)繪工作的效率作為一種新型的測(cè)繪系統(tǒng)，無人機(jī)測(cè)繪優(yōu)勢(shì)明顯，可以在第一時(shí)間了解情況并獲取第一手的資料，效率非常高。(1)無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)測(cè)，對(duì)于目標(biāo)區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間，不間斷的遙感測(cè)繪，通過搭載的高清攝像頭可以快速的捕獲到監(jiān)測(cè)區(qū)域的高清影像信息，極大的提高了測(cè)繪的效率。(2)在大面積測(cè)繪的基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)的多光譜分析技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地表各項(xiàng)信息的綜合分析，使數(shù)據(jù)獲取能力得到質(zhì)的提升，通過三維的實(shí)景建模，還可以對(duì)所監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)景展示，為相關(guān)部門進(jìn)行整體的規(guī)劃提供參考。(3)采集和處理數(shù)據(jù)的效率高，對(duì)高分辨率的影像可以實(shí)現(xiàn)快速的信息提取，通過專業(yè)的軟件實(shí)現(xiàn)高效的航飛數(shù)據(jù)處理。(二)數(shù)據(jù)精確度高無人機(jī)遙感技術(shù)作為一種新型技術(shù)融合了多種現(xiàn)代科技成就，包括GPS技術(shù)，飛行控制技術(shù)，無人駕駛技術(shù)。通過這些技術(shù)的應(yīng)用使數(shù)據(jù)的精確性得到了極大的提高。在實(shí)際測(cè)繪中能夠更好地保障測(cè)圖及數(shù)據(jù)的精度。(三)測(cè)繪成本低無人機(jī)技術(shù)操作相對(duì)的簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)意義上的制圖和測(cè)繪技術(shù)相比較，在實(shí)際應(yīng)用中，無人機(jī)技術(shù)員經(jīng)過簡(jiǎn)單的短期培訓(xùn)即可上崗工作。另外，無人機(jī)能夠降低費(fèi)用成本，提高測(cè)量和制圖的準(zhǔn)確性。無人機(jī)機(jī)型較小、成本費(fèi)用較低、系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修簡(jiǎn)便。在某些發(fā)展較快的城市或地區(qū)，舊城頻繁改造，變化周期短，若采用傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)，不僅會(huì)使費(fèi)用增加，耗費(fèi)的時(shí)間也會(huì)大大增加，所以利用無人機(jī)遙感技術(shù)大大節(jié)約了成本，滿足了測(cè)繪的需求。三、無人機(jī)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在很多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。相比與傳統(tǒng)測(cè)繪其在工程測(cè)繪領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)非常的明顯，有極高的發(fā)展前景。下面通過具體的工程實(shí)例，來對(duì)其進(jìn)行探討。(一)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在河道監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用本文以河道測(cè)繪工作為實(shí)例，在河道構(gòu)筑物調(diào)查及土地資源利用情況工作中應(yīng)用無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行探討。完成整個(gè)測(cè)繪任務(wù)需要分四個(gè)步驟實(shí)施：測(cè)繪數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)生成和數(shù)據(jù)的利用[5-6]。為了達(dá)到要求的數(shù)據(jù)精度，需要在航飛區(qū)域內(nèi)布設(shè)大量的像控點(diǎn)并用儀器測(cè)出其坐標(biāo)點(diǎn)。在飛行過程中需要掌握好飛行高度，通過既定的路線和搭載的航拍設(shè)備采集漳河流域河道內(nèi)構(gòu)筑物影像資料。為了確保正射影像的平面精度，數(shù)字正射影像的地面分辨率均取傾斜航空攝影的最高分辨率，如航攝地面分辨率為2cm，則數(shù)字正射影像地面分辨率取2cm。數(shù)字正射影像的生產(chǎn)采用新的生產(chǎn)工藝流程，首先將傾斜空三結(jié)果的下視影像EO成果導(dǎo)入PhotoMod等攝影測(cè)量軟件中：然后將傾斜攝影軟件匹配的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀，并將DEM成果導(dǎo)入至攝影測(cè)量軟件內(nèi)，直接進(jìn)行數(shù)字正射影像的糾正[7-8]。用ccmaster進(jìn)行三維模型的生產(chǎn)，以實(shí)際項(xiàng)目中fid10圖斑生產(chǎn)作為實(shí)例。導(dǎo)入影像和pos點(diǎn)后進(jìn)行空三運(yùn)算，之后導(dǎo)入控制點(diǎn)坐標(biāo)完成刺點(diǎn)后再次進(jìn)行空三運(yùn)算。查看精度報(bào)告可知控制點(diǎn)的平面中誤差為0.006m，高程中誤差為0.001m。檢查點(diǎn)的平面中誤差為0.023m，高程中誤差為0.015m。精度報(bào)告符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求小于0.05m，由此可用于三維模型的生產(chǎn)。通過此報(bào)告可知整個(gè)飛行數(shù)據(jù)的獲取以及外業(yè)控制點(diǎn)的布設(shè)及測(cè)量的可靠性，對(duì)三維模型的生產(chǎn)具有重要的意義。(二)露天礦山開采中無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用露天礦山一般處于深山野墺之中，具有險(xiǎn)峻復(fù)雜的地形地貌。利用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，不僅難度比較大，而且效率低，成本高，如何能采用一種比傳統(tǒng)辦法更高效的測(cè)量手段，并把它應(yīng)用在露天礦山建設(shè)、開采、恢復(fù)等全過程，是測(cè)繪測(cè)量工作者夢(mèng)寐以求的愿望。近幾年，隨著無人機(jī)技術(shù)的推廣運(yùn)用，一些礦山探索用新型輕小型無人機(jī)進(jìn)行航測(cè)的嘗試，取得不錯(cuò)的效果，為礦山測(cè)量開辟了新的途徑。但是，從現(xiàn)有的成功案例來看，這項(xiàng)技術(shù)還基本處在開發(fā)階段，總體上存在技術(shù)不夠成熟，應(yīng)用不夠廣泛的現(xiàn)象，沒有發(fā)揮出這項(xiàng)新技術(shù)、新手段應(yīng)該發(fā)揮的全部?jī)?yōu)勢(shì)；沒有做到礦山開發(fā)全過程中，充分應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)所獲取的寶貴數(shù)據(jù)資料，并把它應(yīng)用于露天礦山的資源開發(fā)利用以及改善技術(shù)管理水平上。②關(guān)于礦區(qū)植被情況的調(diào)查。在對(duì)礦山植被的生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行調(diào)查時(shí)，使用無人機(jī)，不僅能夠發(fā)揮輕小型無人機(jī)拍攝速度快的先進(jìn)性能，而且能夠縮短完成植被生長(zhǎng)區(qū)域調(diào)查所需要的時(shí)間，畫定植被的覆蓋區(qū)域，了解植被的生長(zhǎng)狀況，評(píng)價(jià)植被的成活率，如果后期需要對(duì)植被覆綠情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，無人機(jī)影像可以提供精確的數(shù)據(jù)參考。通過圖像信息的NDVI提取技術(shù)，提取植被指數(shù)，并以此為參考繪制出礦山原生植被和后期覆綠的狀態(tài)圖斑，匯總草種樹種類別、各自的成活率、生長(zhǎng)情況等數(shù)據(jù)，從而得到植被的變化圖斑。然后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，指導(dǎo)工作。在露天礦山的植被覆綠情況的調(diào)查和后續(xù)的管理中利用輕小型，不但能使勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度下降，更能顯著提高工作效率，并有效地保證了調(diào)查質(zhì)量，強(qiáng)化了礦山植被的監(jiān)控狀況。(2)礦山的地形地貌測(cè)量和危險(xiǎn)源的辨識(shí)四、結(jié)論無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用到河道監(jiān)測(cè)中可以高效而清晰的制作出測(cè)區(qū)的三維模型以及大比例尺地圖，從而立體的掌握整個(gè)河道內(nèi)構(gòu)筑物情況和土地利用情況，有效提升測(cè)繪工作的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，對(duì)提高測(cè)繪工作效率有積極地意義。2、輕小型無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，取決于無人機(jī)硬件系統(tǒng)、定位系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的進(jìn)步、測(cè)量?jī)x器性能及數(shù)據(jù)處理軟件四個(gè)方面的突破。與傳統(tǒng)的工程測(cè)量方法相比較，針對(duì)于露天礦山，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠把其地形地貌以三維的形式較好地展示出來，系統(tǒng)分析礦山范圍內(nèi)植被覆蓋情況、生長(zhǎng)情況等，同時(shí)也可對(duì)礦區(qū)坍塌、滑坡等危險(xiǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控和標(biāo)記。3、由于此類型無人機(jī)設(shè)計(jì)體積小，在搭載航攝器材以及電池的耐用性上存在明顯的不足也會(huì)影響到整個(gè)數(shù)據(jù)的精確性和圖傳的質(zhì)量，也在一定程度上影響了無人機(jī)航測(cè)在露天礦山方面的應(yīng)用和推廣。本文列出了輕小型無人機(jī)航測(cè)在露天礦山的應(yīng)用和發(fā)展前景，可以很好的應(yīng)用于露天礦山從開采利用到保護(hù)開發(fā)的整個(gè)周期內(nèi)，為本行業(yè)運(yùn)用無人機(jī)航測(cè)提供一定的參考。

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