樊軍　片笑

摘要：行業(yè)的發(fā)展促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)的進(jìn)步又不斷革新行業(yè)的生產(chǎn)方式。無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展及民業(yè)應(yīng)用化，使得工程建設(shè)中，地理數(shù)據(jù)的采集越來越快速、高效，多維度、全方位的信息采集模式也促進(jìn)了在高精度的基礎(chǔ)上多樣化的數(shù)據(jù)成果形式。本文針對(duì)當(dāng)前民用小型無人機(jī)所開展的攝影測(cè)量及其數(shù)據(jù)成果的工程應(yīng)用，從航線設(shè)計(jì)、鏡頭選擇、質(zhì)量控制、像控測(cè)量及影像攝影測(cè)量處理等方面結(jié)合常見的幾類工程外業(yè)實(shí)際進(jìn)行了方案闡述，分析了各類型項(xiàng)目特點(diǎn)，綜合數(shù)據(jù)質(zhì)量和作業(yè)效率等關(guān)鍵因素提出了建議。

關(guān)鍵詞：元人機(jī)；實(shí)景建模；方案設(shè)計(jì)

引言：現(xiàn)代社會(huì)中，遙感技術(shù)已成為人類獲取地理環(huán)境及其變化信息的必備高科技手段，而隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其成為了遙感技術(shù)的有效補(bǔ)充，小型無人機(jī)不僅在飛控軟件、續(xù)航時(shí)間、飛行品質(zhì)上有了明顯的突破，其還具備體型小攜帶便捷、作業(yè)機(jī)動(dòng)、高分辨率影像、高密度測(cè)量數(shù)據(jù)等優(yōu)勢(shì)，具備數(shù)據(jù)質(zhì)量和作業(yè)效率兩重重要因素，也由此成為近幾年新興的工程建設(shè)外業(yè)數(shù)據(jù)采集的優(yōu)選手段。

無人機(jī)技術(shù)優(yōu)化所帶動(dòng)的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的提高，另一方面也為數(shù)據(jù)成果的多樣化提供了可能，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也使得計(jì)算機(jī)得以提供強(qiáng)大的運(yùn)算能力等的支持，在這樣的條件下，基于計(jì)算機(jī)視覺算法和計(jì)算機(jī)幾何算法的實(shí)景建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)數(shù)據(jù)的三維信息化，這是工程領(lǐng)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從形式到內(nèi)容的革新，也為更優(yōu)質(zhì)的工程建設(shè)提供了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

隨著無人機(jī)及實(shí)景建模技術(shù)的成熟和工業(yè)化應(yīng)用，在測(cè)繪地理信息、BIM應(yīng)用、水利電力工程建設(shè)、鐵路、公路帶狀選線工程等諸多領(lǐng)域發(fā)揮了積極作用。技術(shù)的進(jìn)步往往等價(jià)于解放生產(chǎn)力，本文根據(jù)對(duì)幾種主流小型無人機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)、主要參數(shù)、技術(shù)規(guī)格等的實(shí)踐總結(jié)，結(jié)合具體工程實(shí)際的側(cè)重點(diǎn)，做出了針對(duì)性的方案建議，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了作業(yè)質(zhì)量與作業(yè)效率的最優(yōu)結(jié)合，使得技術(shù)更好的落腳于工程實(shí)踐。

1無人機(jī)、實(shí)景建模技術(shù)介紹

1.1無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)（unmarmedaerialvehicle，UAV）是一種機(jī)上無人駕駛的航空器，其具有動(dòng)力裝置和導(dǎo)航模塊，在一定范圍內(nèi)靠無線電遙控設(shè)備或計(jì)算機(jī)預(yù)編程序自主控制飛行。無人機(jī)的技術(shù)組成包括無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通信技術(shù)、Dos定位定姿技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)等。

本文所提到幾種無人機(jī)，主要針對(duì)常見的工程建設(shè)，綜合安全與作業(yè)需求考慮，包括電動(dòng)單鏡頭固定翼、電動(dòng)雙鏡頭固定翼、電動(dòng)五鏡頭旋翼，基本上涵蓋了大部分的工程應(yīng)用。

1.2實(shí)景建模技術(shù)

實(shí)景建模技術(shù)廣義來講指以照片數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過影像預(yù)處理、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、空中三角測(cè)量、像點(diǎn)匹配、DSM點(diǎn)云生成、TIN構(gòu)建、紋理映射等技術(shù)處理，生成逼近真實(shí)場(chǎng)景的高分辨率三維模型。綜合性能各方面指標(biāo)本文選擇在實(shí)景建模軟件領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的ContextCapture軟件進(jìn)行實(shí)景建模。

2工程作業(yè)條件分析及方案設(shè)計(jì)

實(shí)景模型由無人機(jī)數(shù)據(jù)解算而來，在不同的工程建設(shè)中，對(duì)實(shí)景模型質(zhì)量要求的側(cè)重各有不同，這也就對(duì)無人機(jī)的不同技術(shù)參數(shù)提出了著重要求。為滿足工程質(zhì)量要求，為高效作業(yè)，本文針對(duì)項(xiàng)目側(cè)重點(diǎn)的不同設(shè)計(jì)了技術(shù)參數(shù)側(cè)重不同的無人機(jī)及相關(guān)作業(yè)方案。

2.1工程作業(yè)條件分析

無人機(jī)數(shù)據(jù)質(zhì)量決定著實(shí)景模型質(zhì)量是否滿足工程建設(shè)需求。追根溯源，控制無人機(jī)數(shù)據(jù)質(zhì)量顯得尤為重要。無人機(jī)數(shù)據(jù)質(zhì)量主要由兩方面的因素決定，一是內(nèi)因，包括無人機(jī)飛控、pos、差分等硬性參數(shù)，取決于我們所選擇無人機(jī)類型；二是外因，包括地形條件、大氣狀況、障礙物，以及無人機(jī)航高、旁向、航向重疊度等的設(shè)置。

在影響無人機(jī)數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要因素中，工程建設(shè)地點(diǎn)的地形條件、障礙物狀況等是無法選擇的，因此方案設(shè)計(jì)以此為分類依據(jù)：

1.地形等級(jí)低、離市區(qū)等空域干擾單位遠(yuǎn)、作業(yè)面積較大。

2.地形等級(jí)中等、離市區(qū)等空域干擾單位近、作業(yè)面積較大。

3.在市區(qū)，機(jī)場(chǎng)等空域干擾因素較近、作業(yè)面積較小。

2.2方案設(shè)計(jì)

首先針對(duì)地形等級(jí)低、離市區(qū)等空域干擾單位遠(yuǎn)、作業(yè)面積較大此類的航測(cè)項(xiàng)目。

其特點(diǎn)主要在于地形起伏較緩，無高大建筑且低矮建筑較為稀疏，作業(yè)面積較大。根據(jù)空中三角測(cè)量的解算特點(diǎn)，其連接點(diǎn)較少，需要較多的控制點(diǎn)提高坐標(biāo)高程精度。旋翼五鏡頭雖側(cè)面紋理豐富但無差分配置在該環(huán)境下難以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，固定翼無人機(jī)配置兩鏡頭及PPK差分技術(shù)，在滿足紋理要求的同時(shí)，利用PPK差分技術(shù)保證大面積作業(yè)的數(shù)據(jù)精度，在確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí)也提升了作業(yè)效率。

其次針對(duì)地形等級(jí)中等、離市區(qū)等空域干擾單位近、作業(yè)面積較大此類的航測(cè)項(xiàng)目。

其特點(diǎn)主要在于地形起伏較大或村莊較密集，作業(yè)面積較大。對(duì)于建筑密集區(qū)域，采用旋翼五鏡頭結(jié)合像控點(diǎn)布置的方案，在控制作業(yè)困難的地區(qū)可敷設(shè)構(gòu)架航線：針對(duì)地形起伏較大的山區(qū)等區(qū)域，首先模型坐標(biāo)高程精度差于平原地區(qū)，此外像控點(diǎn)也布置困難，需采用RTK或PPK差分技術(shù)才能保證較好的高程精度，而現(xiàn)有旋翼無人機(jī)基本上無差分配置，因此為保證數(shù)據(jù)精度及照片重疊度，采用帶差分固定翼井字飛行，布置部分像控點(diǎn)，在保證數(shù)據(jù)精度的同時(shí)保證模型結(jié)構(gòu)。

最后針對(duì)在市區(qū)，機(jī)場(chǎng)等空域干擾因素較近、作業(yè)面積較小此類的航測(cè)項(xiàng)目。

其特點(diǎn)主要在于建筑密集，高大建筑、信號(hào)塔、飛行管制等障礙較多。要求無人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，飛行高度低，且側(cè)面紋理豐富，旋翼五鏡頭無人機(jī)既能保證其紋理要求又能保證作業(yè)機(jī)動(dòng)性。

3航攝及實(shí)景建模作業(yè)流程

依據(jù)航空攝影規(guī)范和飛行有關(guān)規(guī)定，根據(jù)項(xiàng)目要求和作業(yè)區(qū)實(shí)際情況，從攝區(qū)的自然地理情況、技術(shù)設(shè)備情況、資金情況、飛行空域概況等方面，結(jié)合本文提出的作業(yè)類型，進(jìn)行系統(tǒng)的分析，選擇作業(yè)方案。

3.1航攝環(huán)境條件

測(cè)區(qū)航線敷設(shè)時(shí)，荒漠、高山區(qū)隱蔽地區(qū)等和測(cè)圖控制作業(yè)比較困難的地區(qū)，可以選擇敷設(shè)構(gòu)架航線，構(gòu)架航線根據(jù)測(cè)圖控制布點(diǎn)設(shè)計(jì)的要求設(shè)置：航線敷設(shè)要保證架次之間相鄰航線重疊度；水域、海區(qū)航攝時(shí)，航線敷設(shè)要考慮到像主點(diǎn)落水對(duì)重疊度的影響，保證地物完整覆蓋。

航攝時(shí)間的確定主要考慮：其一既要保證充足的光照度，又要避免過大的陰影：其二避開霧或霧霾天，保證一個(gè)好的大氣透明度；其三水面、砂礫等反光強(qiáng)烈的地物面積較大時(shí)，應(yīng)避開光照強(qiáng)烈的正午前后；此外，風(fēng)較大的時(shí)候適當(dāng)降低航高或取消航飛計(jì)劃。

3.2實(shí)景建模條件

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，首先內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)交接，包括架次、航線布設(shè)，航高、重疊度設(shè)置，風(fēng)力、陰晴等天氣狀況，建筑物、植被、水面等地物狀況，實(shí)測(cè)控制點(diǎn)等相關(guān)文件；此外，控制點(diǎn)TGO平差，靜態(tài)數(shù)據(jù)TBC平差。

數(shù)據(jù)檢查，對(duì)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，照片質(zhì)量等進(jìn)行檢查。一方面避免控制點(diǎn)偶然誤差：另一方面將類似水面上反光嚴(yán)重的照片等影響成像質(zhì)量的照片摘選出來，保證實(shí)景模型質(zhì)量。

3.3內(nèi)外業(yè)流程

無人機(jī)航攝及實(shí)景建模內(nèi)外業(yè)整體作業(yè)流程如圖3所示。

結(jié)束語：無人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展給后數(shù)據(jù)處理帶來了更多的可能。本文僅以無人機(jī)技術(shù)與實(shí)景建模技術(shù)在工程應(yīng)用中的實(shí)踐進(jìn)行了分析與方案建議，結(jié)合了自身數(shù)年來對(duì)航測(cè)三維項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)綜合考慮了現(xiàn)有無人機(jī)的技術(shù)參數(shù)及性能特點(diǎn)，結(jié)合差分、像控保證工程精度的同時(shí)最大限度的提高作業(yè)效率。此外，部分工程項(xiàng)目受限于現(xiàn)有無人機(jī)性能，實(shí)施困難，相信隨著民用無人機(jī)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，未來無人機(jī)性能將會(huì)解決或簡化大部分現(xiàn)有技術(shù)問題。endprint