張 寧

（華北地質(zhì)勘查局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入，城市化建設(shè)進(jìn)程明顯加快，建筑工程也在逐漸增加，各級(jí)部門對(duì)于大比例地形圖的需求不斷擴(kuò)大，并且對(duì)于地形圖的精度也有著更高的要求[1]。過去傳統(tǒng)的測(cè)量方式主要依靠人工，這種方式不大怒耗費(fèi)大量的人力物力，具有較大的工作強(qiáng)度，而且其外業(yè)工作效率很低，所繪制的大比例地形圖精度也不夠準(zhǔn)確，根本難以滿足日新月異的測(cè)量需求。隨著地理信息技術(shù)的革新發(fā)展，無人機(jī)航空攝影技術(shù)順勢(shì)而生，這種小規(guī)模測(cè)量方式，相比大傳統(tǒng)的大飛機(jī)航測(cè)，便利性更高、受到氣候環(huán)境因素影響較小，而且可以進(jìn)行低空飛行。通過專業(yè)性的攝影測(cè)量系統(tǒng)，能給大大提高測(cè)量精度，航拍影像分辨率能給達(dá)到0.05m，當(dāng)經(jīng)過后續(xù)的加工處理，可以將其制作為多種滿足國家使用需求的數(shù)字產(chǎn)品。無人機(jī)航空攝影技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為該領(lǐng)域的健康發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。但是在實(shí)際測(cè)量過程中，需要注意幾點(diǎn)問題，要對(duì)無人機(jī)航空攝影技術(shù)的使用規(guī)范性和方式方法進(jìn)行合理把控，確保測(cè)量技術(shù)得以有效發(fā)揮。

1 無人機(jī)航空攝影技術(shù)概述

無人機(jī)航攝系統(tǒng)具體組成包括數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)、無人機(jī)飛行平臺(tái)、地面保障系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)等。其工作原理就是通過先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、通訊技術(shù)、遙感技術(shù)以及定位技術(shù)等來完成遙感數(shù)據(jù)的傳輸、處理和分析。將無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，搭載專業(yè)數(shù)字航測(cè)設(shè)備來進(jìn)行拍攝和記錄，目的是獲取到超高精度和分辨率的航空影像，之后將影像信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行后續(xù)處理加工，從而繪制成工程測(cè)量領(lǐng)域各類比例尺的地形圖[2]。隨著社會(huì)的發(fā)展，信息化技術(shù)不斷完善升級(jí)，無人機(jī)航空攝影技術(shù)也有著巨大的突破。其精度和效率都有著不小的提升，已經(jīng)成為行業(yè)各界所熱議的焦點(diǎn)話題，也是航空遙感技術(shù)未來的發(fā)展方向。無人機(jī)航空攝影技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)可以分幾個(gè)方面：第一，運(yùn)輸組裝便捷。對(duì)比以往的航空攝影模式，無人機(jī)航測(cè)根本不需要專門機(jī)場(chǎng)調(diào)運(yùn)、調(diào)配，而且可以利用小型汽車裝載運(yùn)輸，隨時(shí)隨地安裝使用。第二，受到環(huán)境氣候因素影響較小。結(jié)合多年來的使用經(jīng)驗(yàn)，只需要確?？睖y(cè)區(qū)域沒有降雨情況，并且風(fēng)力小于4級(jí)就可以開展測(cè)量工作。另外，無人機(jī)航空攝影技術(shù)還具有云下攝影的功能。第三，起飛方式多樣化。無人機(jī)不需要設(shè)定專門的機(jī)場(chǎng)和跑道，在普通公路上即可完成起飛操作。第四，避免空域管制。傳統(tǒng)航空測(cè)量方式較為繁瑣，在手續(xù)階段花費(fèi)大量時(shí)間，采用無人機(jī)航空攝影技術(shù)，節(jié)約時(shí)間節(jié)省精力，基本上可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)起飛。第五，作業(yè)成本低。傳統(tǒng)航測(cè)方式需要駕駛員駕駛，每一個(gè)飛行員的聘用成本都比較高昂，在采取無人機(jī)航空攝影技術(shù)，只需要人們?cè)诘孛娌僮骷纯?，不僅僅購買和作業(yè)成本較低，其后續(xù)的維護(hù)管理成本也很低。另外，無人機(jī)航測(cè)不需要使用專業(yè)航拍設(shè)備，人們利用普通的單反便可以當(dāng)做影響獲取的傳感器，也可以降低一部分的資金成本。

2 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平不斷提高，使得無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)也得到進(jìn)一步革新和突破，憑借其優(yōu)良的性能得到各個(gè)行業(yè)的認(rèn)可，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。在美國航空航天局也會(huì)在農(nóng)業(yè)測(cè)定、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)以及海洋上遙感定位等均會(huì)應(yīng)用到無人機(jī)，其作用不言而喻[3]。在我國，許多單位在無人機(jī)航空攝影方面有著許多技術(shù)層面的探索研究工作，為后續(xù)的工作人員積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。西安大地測(cè)繪責(zé)任公司研發(fā)出多種無人機(jī)遙感系統(tǒng)，主要是由無人機(jī)攝影硬件系統(tǒng)和其他軟件系統(tǒng)構(gòu)成，在該技術(shù)的應(yīng)用下，讓我國一部分地區(qū)在獲取高分辨率的彩色影像的構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)。青島某無人機(jī)遙感技術(shù)企業(yè)，經(jīng)過多年的探索研究，終于研發(fā)出國內(nèi)首個(gè)50kg級(jí)“TJ型無人遙感快速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，是一套專業(yè)性非常高的民用遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠提供海洋遙感服務(wù)。在2003年，國內(nèi)研究院設(shè)計(jì)出 UAV RS-II型低空無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的半自主和全自動(dòng)。發(fā)展至今，國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展以及較為成熟，在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。自2009年開始，國家向各個(gè)省份地區(qū)發(fā)放UAVRS-10B類型的無人機(jī)， 該無人機(jī)荷載只有5kg，續(xù)航時(shí)間為1.5小時(shí)，基本上可以實(shí)現(xiàn)所有的測(cè)繪工作和保障工作。近年來，隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)進(jìn)度的加快，應(yīng)用無人機(jī)航空攝影技術(shù)一定會(huì)對(duì)城市的發(fā)展建設(shè)提高強(qiáng)而有力的測(cè)繪保障。

3 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 在數(shù)據(jù)采集與處理環(huán)節(jié)要確保精準(zhǔn)性

無人機(jī)航空攝影技術(shù)在使用過程中，對(duì)于數(shù)據(jù)采集和處理環(huán)節(jié)一定要謹(jǐn)慎對(duì)待。首先，在利用無人機(jī)對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行拍攝時(shí)，地面的操控人員一定要對(duì)航拍影像實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果畫面出現(xiàn)模糊失真，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保航拍影像的清晰度和分辨率。操作人員對(duì)無人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整或者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)都可以達(dá)到調(diào)整畫面的要求，這種操作對(duì)于無人機(jī)操作人員的專業(yè)技術(shù)水平有著較高的要求。其次，將所拍攝的影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰浖到y(tǒng)中，進(jìn)行圖像的分析處理工作，這時(shí)需要對(duì)處理技術(shù)嚴(yán)格把控，選擇正確有效的處理方式。另外，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)影響處理的技術(shù)要求比較高，所以這項(xiàng)工作也要安排專業(yè)性較強(qiáng)的人員操作，進(jìn)而確保測(cè)量數(shù)據(jù)分析結(jié)果的價(jià)值性和準(zhǔn)確性。

3.2 強(qiáng)化質(zhì)量控制，并對(duì)拍攝結(jié)果嚴(yán)格檢查

需要注意的時(shí)，在使用無人機(jī)進(jìn)行航拍測(cè)量時(shí)，應(yīng)該對(duì)拍攝質(zhì)量嚴(yán)格控制。首先，在開展無人機(jī)航空攝影測(cè)量工作之前，制定出一套系統(tǒng)、完善、科學(xué)的航拍方案。可以先進(jìn)行拍攝模擬操作，對(duì)拍攝過程中所存在的問題進(jìn)行分析，及時(shí)改正，這樣可以保證方案在正式應(yīng)用后整體拍攝過程的精確度和穩(wěn)定性。另外，在無人機(jī)航拍過程中要嚴(yán)格主要每個(gè)階段的銜接，確保工作的連續(xù)性，從而提高拍攝質(zhì)量。其次，完成無人機(jī)拍攝工作后，要對(duì)航拍影像進(jìn)行檢查，查看畫面是否準(zhǔn)確、清晰度是否滿足要求，如果存在畫面不清晰或者拍攝不準(zhǔn)確的情況，應(yīng)該立即重新拍攝，并且在拍攝全過程中嚴(yán)格監(jiān)管，必須要確保航拍影像的質(zhì)量，這樣對(duì)于后續(xù)的影像處理也有著一定的便利性。

4 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 工程概況

本次工程位于蕪湖市某礦區(qū)，在西南方位，平均海拔高度為800m，適合應(yīng)用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，本次任務(wù)測(cè)量面積為25km，航拍影像分辨率為10cm。通過現(xiàn)代化無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)來對(duì)礦區(qū)進(jìn)行測(cè)量，并將所收集的數(shù)據(jù)信息根據(jù)1:2000的比例尺繪制地形圖[4]。礦山工程地勢(shì)平坦，周邊沒有大型障礙物，應(yīng)用該測(cè)量方式能夠得到較高的精度。

4.2 基本流程

第一，利用無人機(jī)對(duì)該地區(qū)進(jìn)行航空拍攝。在拍攝之前，要對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)條件、環(huán)境氣候以及測(cè)量面積等因素進(jìn)行綜合考慮，確保此次拍攝工作得以正常進(jìn)行。本次工程選用華測(cè)P700E型無人機(jī)，具有較高的精度，而且無人機(jī)續(xù)航時(shí)間可以達(dá)到2.5小時(shí)，航行速度最高都達(dá)到90km/小時(shí)，最大荷載量為5kg，無人機(jī)身上裝載像素為3500萬的數(shù)碼相機(jī)，設(shè)定相機(jī)焦距為35mm，根據(jù)事先規(guī)劃好的航行路線進(jìn)行拍攝。需要注意的是，在航拍過程中，需要將控制地面分辨率為5cm，航片傾角小于5%，而且偏角不得高于15%，這也是應(yīng)用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的基本要求。當(dāng)完成航拍工作后，能夠獲取到清晰、飽滿的影像，為后續(xù)的地形圖制定提供數(shù)據(jù)參考。

第二，像片控制測(cè)量。由于本次測(cè)量區(qū)域地形較為特殊，所以設(shè)計(jì)人員制定出區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案，經(jīng)過模擬試驗(yàn)，確定該方案切實(shí)可行。其中，根據(jù)兩條或者兩條以上的平行線作為本次航拍的主要航線，之后依次布設(shè)平高控制點(diǎn)，并在每一對(duì)像控點(diǎn)位置處設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位設(shè)計(jì)，需要注意的是，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)之間距離不得超過4條平行線。除此之外，為提高加密像控點(diǎn)的精確度，應(yīng)該在不規(guī)則區(qū)域網(wǎng)中的凸角處添加平高點(diǎn)，在凹處位置設(shè)定高程點(diǎn)。同時(shí)，為確保加密控制點(diǎn)的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)礦山工程的實(shí)際開采情況進(jìn)行綜合分析，可以采取控制高程點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量。

第三，全數(shù)字空中三角測(cè)量。在礦區(qū)工程航拍過程中，三角測(cè)量是應(yīng)用非常頻繁的測(cè)量方式。在實(shí)際工作中，為了提高無人機(jī)航空攝影測(cè)量的精確度和有效性，必須要對(duì)測(cè)量區(qū)域和環(huán)境氣候、地形條件等全面分析，選擇最為合適的測(cè)量方式。引入先進(jìn)技術(shù)，所應(yīng)用的拍攝器材都是當(dāng)前社會(huì)最為前衛(wèi)的高精密影像拍攝和處理系統(tǒng)，有著非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析功能。在這些精密設(shè)備基礎(chǔ)下，能夠在沒有人為因素影響的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)成千上萬張影像的高效處理，從而繪制為二維地圖和三維模型。另外，還能夠自動(dòng)化完成初始影像的校準(zhǔn)工作，使得航拍影像的精度得到提高。

第四，數(shù)據(jù)采集，利用MapMatrix全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)完成本次的數(shù)據(jù)采集工作，不需要額外的人工資源，系統(tǒng)可以自動(dòng)化處理，在數(shù)據(jù)采集后直接對(duì)其進(jìn)行收編入庫并對(duì)所需的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。其中，數(shù)字線劃圖和數(shù)字正射影像制作以及立體模型建立是本次工作的重點(diǎn)內(nèi)容。

第五，精度檢測(cè)。根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1:500、1:1000/1:2000數(shù)字線劃圖》的具體要求，與本次測(cè)量結(jié)果相對(duì)比，得知實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如下表1所示，為數(shù)字線劃圖精度檢測(cè)結(jié)果。如下表1所示。

表1 數(shù)字線劃圖精度檢測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

總而言之，本將無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到礦區(qū)測(cè)量中，通過實(shí)際案例，能夠證實(shí)該技術(shù)對(duì)于工程測(cè)量精確度、安全性以及便捷性等都有著非常顯著的作用。在航拍過程中，要做好準(zhǔn)備工作，特別是在設(shè)計(jì)階段，要對(duì)測(cè)量區(qū)域的地勢(shì)條件、環(huán)境因素等特點(diǎn)進(jìn)行全面分析，從而規(guī)劃合理的航行路線，保障航拍影像的清晰度和準(zhǔn)確度。