劉紅滬

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)不斷更新，我國無人機(jī)產(chǎn)業(yè)取得了巨大的成績，尤其是在遙感測繪方面，借助無人機(jī)平臺(tái)的應(yīng)用為各個(gè)行業(yè)提供了更快、更優(yōu)的測繪服務(wù)保障。無人機(jī)遙感技術(shù)是一種新型應(yīng)用測繪技術(shù)，在機(jī)動(dòng)性、靈活性方面優(yōu)勢較為顯著，測繪效率高、經(jīng)濟(jì)性好，可勝任快速實(shí)時(shí)對地調(diào)查監(jiān)測任務(wù)。文章著重圍繞此技術(shù)展開詳細(xì)分析。

1 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)研究背景

無人機(jī)全稱為無人駕駛航空器，目前無人機(jī)遙感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing,UAVRS）在各行業(yè)中廣泛推廣，將無人機(jī)與遙感技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，可獲取大量資源、環(huán)境信息，快速獲得分辨率相對較高的遙感影像，并制作滿足規(guī)范精度要求的地理信息產(chǎn)品，具有自動(dòng)化、智能化特點(diǎn)。

近些年，無人機(jī)遙感與衛(wèi)星遙感、有人駕駛飛機(jī)遙感并稱為“三大遙感平臺(tái)”，其在飛行高度、速度、條件以及影像分辨率精度方面各有差異。具體適用情況如下：

（1）衛(wèi)星遙感：適用于全球、全國大區(qū)域測繪；

（2）有人駕駛飛機(jī)遙感：適用于國內(nèi)較大區(qū)域航測；

（3）無人機(jī)遙感：適用于市、縣等小范圍區(qū)域航測。

2 無人機(jī)遙感系統(tǒng)組成與測繪技術(shù)要點(diǎn)

2.1 無人機(jī)遙感系統(tǒng)組成

近年來，國內(nèi)無人機(jī)遙感領(lǐng)域研究熱度居高不下，打造了不少知名品牌，包括億航、中科遙感、昊翔、華科爾、大疆等，結(jié)合《中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（CH/T 1013—2005）要求，無人機(jī)遙感系統(tǒng)組成包括七大組成部分。

（1）飛行平臺(tái)：指無人機(jī)機(jī)體本身，用于搭設(shè)導(dǎo)航器、傳感器等，常見類型包括固定翼、多旋翼無人機(jī)以及無人直升機(jī)、無人飛艇。無人機(jī)（航空攝影測量）基本參數(shù)要求如表1所示。具體應(yīng)用時(shí)需根據(jù)測繪項(xiàng)目需求選用，一般情況下滿足表1中的各項(xiàng)參數(shù)要求即可。

（2）飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)：此系統(tǒng)運(yùn)行目的是確保飛行平臺(tái)運(yùn)行姿態(tài)正常，其直接影響遙感數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。

（3）地面監(jiān)控系統(tǒng)：無人機(jī)飛行期間主要由自動(dòng)駕駛儀控制，地面監(jiān)控?zé)o人機(jī)工作狀態(tài)，具體功能如表2所示。

（4）任務(wù)設(shè)備：主要包括數(shù)碼相機(jī)及其控制裝置。其被安裝于機(jī)身任務(wù)倉內(nèi)，用于獲取遙感影像。此類相機(jī)多數(shù)采用非量測相機(jī)，控制裝置與飛控系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、等時(shí)間或距離間隔曝光，實(shí)時(shí)記錄曝光時(shí)影像經(jīng)緯度、高度以及飛機(jī)姿態(tài)等信息。

表1 無人機(jī)（航空攝影測量）基本參數(shù)要求

表2 地面監(jiān)控系統(tǒng)功能一覽表

（5）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：包括空中與地面兩部分。傳輸距離一般超過10km。

（6）發(fā)射與回收系統(tǒng)：一般采用地面滑跑發(fā)射與回收方法，若是遭遇復(fù)雜場地條件時(shí)，可使用彈射發(fā)射、傘降回收方法。

（7）野外保障裝備：包括野外運(yùn)輸裝備、機(jī)械維護(hù)裝備，是保證無人機(jī)遙感測繪工作順利開展的基本保障。

無人機(jī)飛行作業(yè)流程圖如圖1所示。

2.2 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)要點(diǎn)

（1）提出任務(wù)，申請空域。無人機(jī)遙感測繪作業(yè)任務(wù)提出后，需對測區(qū)基本情況、覆蓋范圍進(jìn)行調(diào)查分析，明確測繪目標(biāo)，合理制訂測繪計(jì)劃并安排外業(yè)工作時(shí)間。外業(yè)開始前，向空域管理部門申請空中作業(yè)飛行許可證，申請通過后方可進(jìn)行飛行作業(yè)。

（2）航線設(shè)計(jì)。根據(jù)無人機(jī)遙感測繪作業(yè)任務(wù)要求，在無人機(jī)性能、作業(yè)時(shí)間、氣象以及安全等約束條件下，為無人機(jī)設(shè)置最優(yōu)飛行路線。無人機(jī)遙感測繪航線設(shè)計(jì)方法主要包括以下三種：①基于目標(biāo)快速定位的航線設(shè)計(jì)。無人機(jī)飛行任務(wù)為目標(biāo)快速定位時(shí)，由地面操作人員控制無人機(jī)爬升至任務(wù)高度后，進(jìn)入程控狀態(tài)。對此，在航線設(shè)計(jì)時(shí)，需從任務(wù)高度開始確定飛行航跡。②基于區(qū)域影像獲取的航線設(shè)計(jì)。無人機(jī)飛行任務(wù)為區(qū)域影像獲取時(shí)，需在確定飛行區(qū)域的基礎(chǔ)上計(jì)算航帶間距、飛行高度以及航帶數(shù)目、長度等。③回收航線設(shè)計(jì)。無人機(jī)回收方法眾多，國內(nèi)傘降回收、阻攔回收方法運(yùn)用較多，注意合理設(shè)置回收點(diǎn)，應(yīng)急點(diǎn)應(yīng)超過3個(gè)。

圖1 無人機(jī)飛行作業(yè)流程圖

（3）飛行作業(yè)。無人機(jī)遙感測繪中，飛行作業(yè)時(shí)間以上午10點(diǎn)至下午2點(diǎn)為宜，微風(fēng)或無風(fēng)且光照充足的情況下，獲得的影像質(zhì)量最佳，無人機(jī)航攝飛行作業(yè)要點(diǎn)如下：①明確測區(qū)位置、氣象情況，判斷無人機(jī)能否起飛。②組裝無人機(jī)、調(diào)試地面系統(tǒng)，連接無人機(jī)與地面系統(tǒng)。③在地面系統(tǒng)設(shè)置相機(jī)參數(shù)、航線等。④在地面系統(tǒng)輸入飛行指令，選擇起飛方式，控制無人機(jī)進(jìn)入預(yù)定航線；控制采集設(shè)備按預(yù)定方式采集圖像，并傳輸至地面系統(tǒng)。⑤無人機(jī)飛行作業(yè)中若是出現(xiàn)異常，地面控制人員可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整航行路線，對重點(diǎn)區(qū)域及時(shí)補(bǔ)拍。⑥完成預(yù)定飛行任務(wù)后，沿預(yù)定航線返回出發(fā)點(diǎn)，保證安全著陸。⑦檢查采集到的影像數(shù)據(jù)，包括數(shù)碼相機(jī)曝光情況、無人機(jī)飛行姿態(tài)、旁向、航向重疊度等，若是檢查結(jié)果不符合內(nèi)業(yè)規(guī)范要求，需及時(shí)補(bǔ)飛。

（4）遙感影像處理。無人機(jī)遙感測繪的最終目的是獲取任務(wù)目標(biāo)各種地理信息，生成DLG、DEM、DSM、DOM等測繪產(chǎn)品。①數(shù)據(jù)預(yù)處理：此步驟主要是生成后期處理所需格式數(shù)據(jù)文件，具體流程如圖2所示。②空三加密：數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后進(jìn)行空三加密，包括航帶法、獨(dú)立模型法、光束法。其中，光束法最為嚴(yán)密，計(jì)算所得成果精度高，但是計(jì)算量大；航帶法解算快但是精確低，具體需根據(jù)測繪任務(wù)合理選用。③DEM、DOM制作：通過自動(dòng)匹配生成DSM，濾波后生成DEM，經(jīng)數(shù)字微分糾正、數(shù)字鑲嵌后，可生成數(shù)字正射影像（DOM）。

圖2 數(shù)據(jù)預(yù)處理流程

3 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用案例分析

3.1 測區(qū)概況

該項(xiàng)目為公路測繪，采用無人機(jī)遙感測繪方法輔助公路設(shè)計(jì)選線工作，成圖比例尺為1∶1000。測區(qū)位于市區(qū)以北方向，主要分為兩大部分，測區(qū)范圍如表3所示。測區(qū)主要為農(nóng)區(qū)，居民地少、地物簡單，植被覆蓋面積大。測區(qū)內(nèi)部有一個(gè)變電站，輕微干擾無線電信號(hào)。飛行場地開闊，天氣無明顯變化，光照條件適中。

表3 測區(qū)范圍

3.2 無人機(jī)遙感測繪設(shè)備

該項(xiàng)目采用無人機(jī)遙感測繪技術(shù)，選用IRSA-II型油動(dòng)無人機(jī)+Nikon D800數(shù)碼單反相機(jī)，無人機(jī)采用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，相關(guān)參數(shù)如表4、表5所示。

3.3 無人機(jī)遙感測繪作業(yè)

（1）航線敷設(shè)。該項(xiàng)目是道路測繪，測區(qū)為帶狀，因此順應(yīng)道路走向飛行即可，飛行起降場地條件良好，完成航攝后進(jìn)行質(zhì)量檢查，若是不滿足要求及時(shí)補(bǔ)飛，無人機(jī)攝影參數(shù)如表6所示。

表4 無人機(jī)參數(shù)

表5 相機(jī)參數(shù)

表6 無人機(jī)攝影參數(shù)

（2）外業(yè)航攝測量。該項(xiàng)目無人機(jī)遙控起飛至200m高度后切換為地面站自駕模式，此次航飛共飛行4個(gè)架次，獲取了滿足內(nèi)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的影像數(shù)據(jù)。此次航攝具體完成情況如表7所示。

表7 航攝完成情況

（3）外業(yè)像控測量。此次外業(yè)采用區(qū)域法布設(shè)像控點(diǎn)，沿著測區(qū)周邊、內(nèi)部以5～6條攝影基線均勻布設(shè)，共布設(shè)像控77個(gè)，人工鋪設(shè)地標(biāo)、GPS-RTK測量。

（4）外業(yè)質(zhì)量檢查。該項(xiàng)目外業(yè)檢查顯示影像清晰、色差色調(diào)適中；影像地面分辨率為0.10m（最大不超過0.12m），航向、旁向重疊度平均為73%、40%，滿足內(nèi)業(yè)要求；像控點(diǎn)滿足1∶1000像控測量精度要求，可供內(nèi)業(yè)使用。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)信息處理

（1）設(shè)備配置。該項(xiàng)目內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)信息處理主要采用以下設(shè)備：數(shù)據(jù)工作站1臺(tái)；空三加密軟件2套；數(shù)據(jù)編輯軟件5套；高配置計(jì)算機(jī)5臺(tái)。上述軟件、計(jì)算機(jī)均來自武漢適普軟件有限公司。

（2）內(nèi)業(yè)處理流程。該項(xiàng)目內(nèi)業(yè)處理流程如圖3所示。采用地方獨(dú)立坐標(biāo)系、高斯-克呂格投影、地方獨(dú)立高程基準(zhǔn)，使用DPGrid自動(dòng)空三軟件解算，蒼穹數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與ARCGIS10.0進(jìn)行圖像分幅。

圖3 內(nèi)業(yè)處理流程圖

經(jīng)內(nèi)業(yè)檢查顯示，測區(qū)DOM、DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足規(guī)范要求，成圖精度高、質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)束語

綜上所述，近年來飛速發(fā)展的無人機(jī)遙感測繪技術(shù)憑借其機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、可適應(yīng)復(fù)雜區(qū)域作業(yè)等優(yōu)勢，成為傳統(tǒng)測量方式的有力補(bǔ)充，其操作相對容易，且運(yùn)行成本低，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。實(shí)施無人機(jī)遙感測繪時(shí)，應(yīng)規(guī)范落實(shí)前期規(guī)劃設(shè)計(jì)、外業(yè)測繪以及內(nèi)業(yè)影像處理等各項(xiàng)工作，切實(shí)獲得精確可靠的測量成果，為相關(guān)作業(yè)實(shí)施提供科學(xué)的參考依據(jù)。