桂海鵬

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進步，無人機航測近年來發(fā)展迅速。本文通過介紹無人機航測系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理，對無人機航測外業(yè)控制與成圖精度進行闡述，并對其實際應(yīng)用情況和未來發(fā)展方向做出展望。

關(guān)鍵詞：無人機 外業(yè)像控 成圖精度

中圖分類號： 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)在航天測繪領(lǐng)域的運用，固定翼輕型無人飛機技術(shù)和GPS自動駕駛技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)日益成熟，因而將無人飛機技術(shù)與測繪有機結(jié)合并運用在航空攝影的設(shè)想也變?yōu)榱爽F(xiàn)實。在獲取應(yīng)急數(shù)據(jù)、小區(qū)域低空測繪方面，無人機航測有著獨特的優(yōu)勢。本文通過介紹無人機航測系統(tǒng)的構(gòu)成與原理，對無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控制與成圖精度進行闡述，并列舉了無人機航測系統(tǒng)在實際中的應(yīng)用情況，對未來的相關(guān)研究方向做出展望。

1 無人機航測系統(tǒng)的構(gòu)成與原理

1.1 無人機航測系統(tǒng)的構(gòu)成

無人機，顧名思義，就是不載人飛機，它以無人駕駛器為基礎(chǔ)，通過操縱無線電遙控設(shè)備和相關(guān)的程序控制裝備來實現(xiàn)飛行。在無人機上裝有用于拍攝的數(shù)碼相機，借助特定的軟件可以對航測所得的數(shù)據(jù)進行處理和分析。無人機航測系統(tǒng)一般由飛行操控系統(tǒng)和地面配套設(shè)備兩大主要部分構(gòu)成，它們各司其職、相互協(xié)作，共同完成無人機航測任務(wù)。其中，飛行操控系統(tǒng)中包含垂直陀螺、GPS接收天線、微處理器，地面配套設(shè)備則包含了數(shù)據(jù)接收終端和數(shù)據(jù)處理終端以及遙控設(shè)備。

1.2 無人機航測系統(tǒng)的原理

無人機航測系統(tǒng)在進行航拍時，飛機的各種角度如俯仰、翻滾等都由垂直陀螺來測量。將垂直陀螺與微處理技術(shù)有機結(jié)合后便可以在自由飛行時使飛機處于接近水平的狀態(tài)。在無人機航測系統(tǒng)進行測量的過程中，因為機載通訊設(shè)備上裝有攝像頭，所以數(shù)據(jù)接收終端能夠及時地接收由機載通信設(shè)備獲取的影像信息和位置數(shù)據(jù)。這樣一來，位于地面的操控中心就可以根據(jù)所獲取的信息準確地監(jiān)測飛機的飛行狀況，掌握拍攝狀況，若航向偏移或飛行姿態(tài)出現(xiàn)問題，也可及時地進行修正。最后，數(shù)字攝影測量工作站會根據(jù)具體情況對獲取的影像資料做出適當?shù)奶幚?，以滿足使用的需求。

2 無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控點布設(shè)與精度分析

2.1 無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控點布設(shè)

利用無人機航測系統(tǒng)進行航攝外業(yè)布點一般包含全野外布點和非全野外布點兩種形式。利用前者所布設(shè)的像控點具有精度高的特點，但是測量工作量巨大，所以使用的比較少；使用后者布設(shè)則是通過測定少量控制點作為內(nèi)業(yè)加密的基礎(chǔ)，具有效率高的特點，能夠極大地減輕外業(yè)工作量，是目前使用最多最普遍的布點方式。

在利用無人機進行航測時，像控點的布設(shè)對于后續(xù)精度的分析有十分重要的作用。若在布設(shè)外業(yè)像控點時，根據(jù)其稀疏程度有四種方案。第一種是在測區(qū)的四個角落各布設(shè)一個測控點，總共布設(shè)四個；第二種是將十二個測控點平均布設(shè)在三排，每排四個；第三種是將十六個測控點平均布設(shè)在四排，每排四個；最后一種是將二十八個測控點平均布設(shè)在七排，每排四個。那么通過測算檢查點與加密點之間的精度就可以評價出一個測區(qū)平差結(jié)果。

2.2 無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控點精度分析

2.2.1 精度分析指標

對無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控點精度進行分析時一般會使用誤差統(tǒng)計的方法，對各個測試模型中平差后控制點的檢查點的精度進行統(tǒng)計和分析。在使用誤差分析法時常有的指標有五個，分別為：平均數(shù)、標準差、中誤差、粗差剔除和最大值。首先，平均值是對樣本平均值的估算，其公式為： ；然后是標準差，標準差是估算出總體的標準偏差，以平均值為參照標準反應(yīng)離散程度，標準差的公式為 。其次，中誤差的計算是在同一觀測條件下對一組真誤差平方中數(shù)求平方根，求中誤差公式 中，m的單位為米，是檢查點的中誤差值，n是需要評定精度的所有檢查點的數(shù)量之和，△單位為米，是對檢查點進行野外實測后所得數(shù)值與計算值的誤差。再次，進行粗差剔除時一般以正態(tài)分布為標準，使用觀測值的95%概率對誤差做粗差剔除。最后，最大值的選取一般是建立在粗差剔除基礎(chǔ)上的，將已經(jīng)完成粗差剔除的控制點和檢查點進行對比，數(shù)值大的將被視作最大值。

2.2.2 精度分析注意事項

在對無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控的精度進行分析時應(yīng)注意要滿足航測內(nèi)業(yè)的精度要求。若無法達到航測內(nèi)業(yè)精度的要求，可在對測區(qū)的自由網(wǎng)進行平差后，通過向外業(yè)加入控制點，其平面精度就可以達到1：2000，接近1：1000的航測內(nèi)業(yè)精度要求。對平原地區(qū)和丘陵地貌，需使用高程野外實測，否則在控制點增加的情況下，平面精度和高程精度的改善都很微小，無法滿足對平原和丘陵的高程精度要求。

3 無人機航測系統(tǒng)的應(yīng)用

無人機航測系統(tǒng)成像分辨率高、成像清晰、操作簡單，因此被廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域。無人機航測系統(tǒng)可以用來監(jiān)測自然災(zāi)害。我國地形復(fù)雜，氣候多變，各種類型的自然災(zāi)害頻發(fā)，使用無人機航測系統(tǒng)能夠?qū)ψ匀粸?zāi)害做出及時地防范，對災(zāi)害造成的損失和傷亡人數(shù)等可以做出較準確的調(diào)查，同時對災(zāi)后評估和救援也起到輔助作用。測繪部門可使用無人機航測系統(tǒng)進行國土測繪，測制大比例尺土地利用圖，對地形圖進行實時修訂，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行查漏補缺等。國土資源部門還可以利用無人機航測系統(tǒng)將監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的違規(guī)占用耕地、破壞生態(tài)環(huán)境等違法行為相關(guān)影像資料作為處理依據(jù)。我國在對面積狹小、地勢偏遠、分布零散的眾多小城鎮(zhèn)進行規(guī)劃時所使用的常規(guī)航空攝像形式，會浪費大量不必要的人力和物力，同時還會受到復(fù)雜地形的限制，若使用無人機航測系統(tǒng)則可以極大地降低成本，提高效率，為制定規(guī)劃圖提供可靠、有效的數(shù)據(jù)。此外，無人機航測系統(tǒng)還能被應(yīng)用在水利水電行業(yè)中。由于我國水利水電開發(fā)環(huán)境都十分險峻，人工測量的方式無法克服環(huán)境因素帶來的困難，所以無人機航測便于為水利水電工程提供選址服務(wù)，也便于對施工的進度進行監(jiān)測。使施工變得安全、可靠、有保障。例如，我國江蘇省水利科學(xué)研究院首次引進了無人機監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效克服天氣等不利因素，并彌補了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感周期長、時效性差、精確度較低的缺陷，水利測繪作業(yè)帶來了極大的便利。

4 結(jié)語

無人機航測系統(tǒng)操作簡單、靈活機動的特點使其得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，幫助各行各業(yè)解決了很多實際問題，提高了工作效率。但是無人機航測系統(tǒng)在很多方面也有明顯的不足。今后，應(yīng)該注重在原有網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)上增加中、低頻無線電通信功能，以便消除通信死角；逐步取代GPRS，利用傳輸速度更高的系統(tǒng)向服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)；用主頻更高的ARM芯片取代STC單片機，避免在數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中將某些關(guān)鍵字節(jié)忽略掉；改良和設(shè)計出體積更小、更便于無人機攜帶的PCB電路板，減輕無人機荷載；使用組合導(dǎo)航代替目前被普遍使用的單點GPS定位系統(tǒng)，從而提高精度，縮小測量位置與實際位置的偏差；完善無人機航測線路規(guī)劃算法，充分考慮各種因素，設(shè)計更加合理的航線。這些都是未來無人機航測系統(tǒng)改進的方向，只有不斷完善，才能不斷提高，才能更好地服務(wù)于社會。

參考文獻

[1] 韓文軍，雷遠華，周學(xué)文.無人機航測技術(shù)及其在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用探討[J].電力勘測設(shè)計，2010，03（26）：62-67.

[2] 李興華，羅秀蘭，龔緒才.無人機航測技術(shù)應(yīng)用于公路崩滑陡峭地段測量分析[J].公路交通技術(shù)，2012，04（11）：49-53.

[3] 劉昌軍，郭良，岳沖.無人機航測技術(shù)在山洪災(zāi)害調(diào)查評價中的應(yīng)用[J].中國防汛抗旱，2014，03（15）：3-7+35.

[4] 王艷梅，李楠，魏林，劉穎，王薇.基于無人機航測的DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)及編輯[J].物探裝備，2014，05（17）：330-336+349.

[5] 楊慧琴.無人機航測技術(shù)在基層測繪工作中的應(yīng)用分析[J].北京測繪，2015，06（22）： 138-140.