趙帥華

（重慶市地勘局南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 401147）

無(wú)人機(jī)技術(shù)是當(dāng)前非常盛行的一種新興技術(shù)，在當(dāng)前的地形測(cè)量工作中應(yīng)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的效果較好。無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)是一種結(jié)合了無(wú)人機(jī)設(shè)備、地面保障及控制系統(tǒng)以及拍攝測(cè)量設(shè)備及控制系統(tǒng)的一種能夠在無(wú)人飛行器飛行中進(jìn)行測(cè)量及控制的技術(shù)系統(tǒng)。在測(cè)量測(cè)繪工作中運(yùn)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以降低人工測(cè)量測(cè)繪的操作難度，為區(qū)域地形地貌信息收集提供技術(shù)保障。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)概述

所謂無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)就是由無(wú)人機(jī)搭載攝影及遙感等技術(shù)設(shè)備，在低空飛行中對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量測(cè)繪的新型測(cè)量技術(shù)。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的運(yùn)行基礎(chǔ)就是無(wú)人機(jī)精確定位飛行、精準(zhǔn)攝影及遙感、無(wú)線通信控制技術(shù)、GPS 等。我國(guó)當(dāng)前科技發(fā)展非常迅猛，相關(guān)技術(shù)的不斷更新也給無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展提供了巨大推動(dòng)力，無(wú)人機(jī)航測(cè)的智能性及運(yùn)行可靠性在這一環(huán)境下也在不斷優(yōu)化提升。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有如下特點(diǎn)：（1）無(wú)人飛行器的起降非常便利。很多傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)執(zhí)行時(shí)起降條件要求較為嚴(yán)格，尤其是直升機(jī)航攝技術(shù)運(yùn)行時(shí)還需飛行申請(qǐng)，這點(diǎn)上無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)非常突出，無(wú)人機(jī)對(duì)于起降及飛行環(huán)境的要求及影響都不大，起降及飛行操控非常便利。（2）測(cè)繪工作的效率非常高。我國(guó)過(guò)去的測(cè)量技術(shù)在面對(duì)一些地形復(fù)雜、存在云霧遮蓋情況的地區(qū)測(cè)量測(cè)繪時(shí)容易出現(xiàn)測(cè)繪偏差，同時(shí)測(cè)繪測(cè)量工作的推進(jìn)也會(huì)非常艱難，甚至部分地區(qū)是無(wú)法人工測(cè)繪的。采用無(wú)人機(jī)則可以輕松到達(dá)這些地形復(fù)雜區(qū)域的內(nèi)部進(jìn)行拍攝與測(cè)量，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)拍攝點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，有效提升無(wú)人機(jī)航測(cè)工作的綜合效率。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于地形測(cè)繪過(guò)程的優(yōu)勢(shì)

2.1 測(cè)繪結(jié)果可以得到實(shí)時(shí)反饋

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)融合到地形測(cè)繪工作中時(shí)通常會(huì)采用正射影像圖拍攝技術(shù)，這一技術(shù)影像圖具有非常高的分辨率，并且能夠?qū)y(cè)量測(cè)繪區(qū)域內(nèi)的水利及道路情況進(jìn)行較高真實(shí)性的展示，為測(cè)繪測(cè)量工作后期內(nèi)業(yè)工作效果優(yōu)化提供技術(shù)基礎(chǔ)，并且無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用中能夠?qū)δ繕?biāo)測(cè)量隊(duì)形的全貌進(jìn)行有效縮放，對(duì)于測(cè)繪工作的不同需求進(jìn)行滿足，其測(cè)繪效果也非常符合地形測(cè)量工作的要求。

2.2 測(cè)量測(cè)繪工作的結(jié)果具有較高精準(zhǔn)度

通常在無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)操作過(guò)程中，無(wú)人飛行器在低空飛行的過(guò)程中會(huì)搭載高清攝像設(shè)備，并利用GPS 技術(shù)針對(duì)目標(biāo)測(cè)量區(qū)域中的對(duì)象進(jìn)行實(shí)地測(cè)繪，無(wú)人機(jī)航測(cè)的信息數(shù)據(jù)還要通過(guò)內(nèi)業(yè)處理，提升誤差控制效果及測(cè)繪精度，為后期地形測(cè)繪信息的綜合利用提供基礎(chǔ)條件。如果后期還需進(jìn)一步提升測(cè)量測(cè)繪工作的分辨率，還可以利用無(wú)人機(jī)重復(fù)測(cè)量，測(cè)量效率較高，操作也非常簡(jiǎn)便快捷。

2.3 能夠優(yōu)化地形測(cè)量測(cè)繪工作的成果

由于無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)能夠形成具有非常高分辨率的信息利用效率較高的正射影像圖，有利于在實(shí)際測(cè)量測(cè)繪工作中對(duì)過(guò)去的資料進(jìn)行科學(xué)比對(duì)，以分析相應(yīng)測(cè)量地區(qū)的實(shí)際地形地理信息變化情況，為區(qū)域內(nèi)地形測(cè)量工作的綜合效果優(yōu)化提供保障。由于無(wú)人機(jī)航測(cè)成果的真實(shí)性非常高，測(cè)量過(guò)程中形成的影像圖也具有較高分辨率，測(cè)量測(cè)繪工作中結(jié)合GPS 及遙感技術(shù)對(duì)影像信息進(jìn)行綜合分析，就能夠獲得非常真實(shí)、可靠的測(cè)繪區(qū)域測(cè)圖。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)進(jìn)行地形測(cè)繪工作的主要控制要點(diǎn)

3.1 控制無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)

由于無(wú)人飛行器在飛行中的姿態(tài)對(duì)于其航攝效果影響較大，同時(shí)對(duì)于后期測(cè)圖成圖效果也有較大影響，因此在其飛行中應(yīng)盡量做到如下控制工作：（1）在無(wú)人機(jī)飛行前要依照規(guī)范要求對(duì)航攝儀器進(jìn)行科學(xué)安裝及調(diào)試，并保證航攝儀器與機(jī)身之間連接穩(wěn)定。（2）延航線起飛拍攝之前，需要捕捉好無(wú)人機(jī)飛行中立位，經(jīng)過(guò)調(diào)試保證其航攝操作過(guò)程能夠處于最佳狀態(tài)及位置。（3）由于風(fēng)向及降雨會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝造成影響，因此在航攝操作前要對(duì)惡劣天氣進(jìn)行規(guī)避，如果有微風(fēng)則要對(duì)風(fēng)向?qū)τ诤骄€的影響有清晰的認(rèn)識(shí)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)及多次調(diào)試保證航測(cè)過(guò)程與航線設(shè)計(jì)相一致，無(wú)人機(jī)航測(cè)效果符合預(yù)期。

3.2 優(yōu)化無(wú)人機(jī)航線設(shè)計(jì)

由于在無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中對(duì)于航攝精度有較大影響的主要因素之一就是航線設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)航線設(shè)計(jì)工作必須結(jié)合無(wú)人機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)及所需測(cè)量對(duì)象區(qū)域的地形及地貌特征進(jìn)行全面分析，就作業(yè)精度與作業(yè)范圍進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，而后才能進(jìn)行航線設(shè)計(jì)規(guī)劃。（1）針對(duì)航線覆蓋需求進(jìn)行分析，而后通過(guò)設(shè)計(jì)保證能夠全部設(shè)計(jì)航測(cè)目標(biāo)物，同時(shí)保證區(qū)域內(nèi)地形高度差應(yīng)保持在航高1/6 以內(nèi)。（2）針對(duì)航線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量保證航線沒(méi)有落水點(diǎn)，并要對(duì)側(cè)風(fēng)飛行的影響有充分認(rèn)識(shí)，避免其對(duì)航線飛行造成影響。（3）由于天氣對(duì)于無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中的飛行控制及精準(zhǔn)度有一定的影響，因此在設(shè)計(jì)中要做好拍攝間距及航線間距的控制設(shè)置，保證航測(cè)精度。

3.3 嚴(yán)格檢校鏡頭

無(wú)人機(jī)航攝過(guò)程中所獲取的影像圖通常會(huì)存在一定的畸變問(wèn)題，特別是一些影響圖的邊遠(yuǎn)區(qū)域，變形會(huì)更加明顯，所以在進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢校，對(duì)其中的畸變部分進(jìn)行全面參數(shù)矯正能夠優(yōu)化影像圖的精準(zhǔn)效果。由于無(wú)人機(jī)航攝儀器在運(yùn)行使用中因?yàn)轱w行而導(dǎo)致的震動(dòng)等也會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生參數(shù)變化，因此在飛行測(cè)量工作中要注意鏡頭問(wèn)題，積極對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢校與糾正。

3.4 科學(xué)布設(shè)像控點(diǎn)

無(wú)人機(jī)航測(cè)推進(jìn)中由于通常所獲取的影像資料規(guī)格較大并且其中會(huì)有部分影像重疊，因此其航線數(shù)量設(shè)置需求較高，并且最終獲取的航測(cè)影像圖片也相對(duì)較多，為了保證航測(cè)工作的精確性必須對(duì)其像控點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)。（1）就地形測(cè)繪目標(biāo)區(qū)域的地形情況進(jìn)行綜合分析，而后探討像控點(diǎn)的布設(shè)需求，要綜合多種地物特征情況進(jìn)行全面的像控點(diǎn)設(shè)置。（2）進(jìn)行像控點(diǎn)設(shè)置工作時(shí)緊要保證影像六度重疊。

4 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地形測(cè)繪實(shí)際案例中的應(yīng)用

某市為了滿足當(dāng)?shù)氐穆糜我?guī)劃、設(shè)計(jì)和管理的需求，需要對(duì)區(qū)域內(nèi)面積約為31km2的重點(diǎn)村落進(jìn)行地形圖的繪制，從而為未來(lái)旅游發(fā)展的規(guī)劃制定提供數(shù)據(jù)支持。由于所測(cè)量區(qū)域地形較為復(fù)雜，山脈丘陵地形較多，再加上該地區(qū)陰雨天氣較多，如果采用傳統(tǒng)的野外作業(yè)方案，不僅無(wú)法在預(yù)定的工期內(nèi)完成地形測(cè)繪任務(wù)，而且安全系數(shù)較低。因此，本工程計(jì)劃采用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)完成目標(biāo)區(qū)域的地形測(cè)繪工作。

4.1 作業(yè)流程

本工程無(wú)人機(jī)航攝的作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)流程圖

4.2 航線規(guī)劃和測(cè)區(qū)劃分

結(jié)合本區(qū)域內(nèi)的地形地貌特點(diǎn)，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝航線規(guī)劃過(guò)程中，為了確保航攝的安全性，應(yīng)盡量確保航線范圍內(nèi)沒(méi)有障礙物。同時(shí)采用1 ∶10000 的地形圖對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行高度進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷，確保其始終處于較高的安全飛行區(qū)域。除此以外，針對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行科學(xué)劃分的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)地形測(cè)繪精度需求差異情況的分析對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行精度差異劃分，山頭精度需求相對(duì)較低，而山谷較高，據(jù)此進(jìn)行測(cè)區(qū)劃分會(huì)更加科學(xué)，測(cè)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中要做好山勢(shì)分析，防止尤其由于混亂氣流影響而導(dǎo)致無(wú)人機(jī)航攝的精準(zhǔn)度以及飛行安全。

4.3 像控布設(shè)

本工程在進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，計(jì)劃采用400m 邊長(zhǎng)的正方形格網(wǎng)進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)，每一個(gè)角點(diǎn)都作為像控點(diǎn)的圖像信息采集區(qū)域。結(jié)合本工程的實(shí)際要求，在測(cè)區(qū)的外圍，適當(dāng)?shù)倪x擇一些凹凸處作為新增的像控點(diǎn)。

4.4 空三解算

本工程采用DPGrid 對(duì)所采集到的影像進(jìn)行空三加密和平差解算，從而有效的處理影像資料中存在的畸變大、偏角、滾角較大等問(wèn)題。此外，該軟件還可以快速的生成大量高精度和高強(qiáng)度的模型連接點(diǎn)，滿足本工程大比例測(cè)圖的需求。

4.5 地形測(cè)繪結(jié)果

在完成所有無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)后，針對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了精準(zhǔn)度的檢查，包括平面精度、高程精度等。通過(guò)各項(xiàng)質(zhì)量特性的檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本工程采用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)所獲得的地形測(cè)繪數(shù)據(jù)均滿足了相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

在無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中，最為關(guān)鍵的管控因素有設(shè)備與人，在實(shí)施航測(cè)之前要對(duì)飛行設(shè)備、控制設(shè)備及攝影設(shè)備進(jìn)行全面檢校，并做好攝影設(shè)備及定位儀器的穩(wěn)定性控制，保證其航攝穩(wěn)定性。而在航測(cè)工作中針對(duì)航線、鏡頭等參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整，保證航測(cè)技術(shù)成果也是無(wú)人機(jī)航測(cè)工作中的重要措施，因此技術(shù)人員必須具有全面的無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，并能夠掌握一定的經(jīng)驗(yàn)技巧，確保無(wú)人機(jī)航測(cè)的綜合效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，在我國(guó)地形測(cè)量工作中運(yùn)用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠有效提升測(cè)量效果，但是在測(cè)繪測(cè)量工作中要積極提升無(wú)人機(jī)航測(cè)點(diǎn)布設(shè)的科學(xué)性，優(yōu)化航測(cè)控制技術(shù)人員的技能水平，在后期測(cè)圖繪制中做好異常數(shù)據(jù)的剔除與分析工作，為形成優(yōu)化地形測(cè)圖提供全面保障，無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中也存在一定的質(zhì)量影響因素，如惡劣天氣等，要盡量在天氣較好的環(huán)境下進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)操作，以盡量提升無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)操作及成果的質(zhì)量，為地形測(cè)量工作效果優(yōu)化創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。