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        探討無人機(jī)遙感在工程測繪中的運(yùn)用

        2022-03-10 03:52:00薛志遠(yuǎn)
        大科技 2022年8期
        關(guān)鍵詞:遙感技術(shù)測繪工程

        薛志遠(yuǎn)

        (重慶長江勘測設(shè)計(jì)院有限公司,重慶 400000)

        0 引言

        隨著我國工程施工與科學(xué)技術(shù)的不斷結(jié)合,無人機(jī)遙感技術(shù)在工程測繪應(yīng)用中越來越廣泛,已經(jīng)發(fā)展成為工程施工中的重要組成部分。無人機(jī)遙感技術(shù)在工程施工中具有測繪精準(zhǔn)、應(yīng)用范圍廣、抗干擾、使用方便、精確度較高等優(yōu)點(diǎn),這些都是人工測繪無法完成的。另外,無人機(jī)遙感技術(shù)是多種技術(shù)的結(jié)合,既有對相關(guān)信息的采集、處理,又有對信息的傳播與應(yīng)用,是對信息的綜合處理。無人機(jī)遙感技術(shù)能夠自動處理所采集到的數(shù)據(jù)和信息,而且具有較高的計(jì)算精度。其主要功能就是對各種航拍照片及其他作業(yè)設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測繪和自動校正,以保證后續(xù)的測繪和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此可以使用無人機(jī)遙感技術(shù)系統(tǒng),通過數(shù)據(jù)采集獲得最后需要的數(shù)據(jù)。為了在測繪軟件上建立理想的連接,可以在此環(huán)境下提供一些可以閱讀和識別的文件。若使用的信息收集方法不正確,可能會發(fā)生信息混淆、整體效果低下和收集方法不合理等問題。

        1 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)分析

        長期以來,我國對工程監(jiān)測通常是利用六分儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)的測繪工具進(jìn)行測定,再加上借助傳統(tǒng)的測繪與分析方法,對于不同的工程,在工程測繪的周期和測繪質(zhì)量方面,參差不齊??傮w而言,傳統(tǒng)測繪的方法勞動強(qiáng)度大。這些傳統(tǒng)的工程測繪儀器,具有測繪周期長、精度低、手動消耗量大、物料消耗量大等特點(diǎn)。動態(tài)監(jiān)測工程的實(shí)施情況比較困難。傳統(tǒng)的測繪方法是通過人工使用各種專業(yè)化的測繪儀器進(jìn)行實(shí)地勘測,具有工程測繪耗時(shí)、耗力、耗材,并且準(zhǔn)確性不高的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代化科技技術(shù)的發(fā)展,無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用就可以有效解決這一問題。

        在運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行工程測繪時(shí),可以不需要人工測繪就直接勘測到工程的地形狀況,收集到各種信息數(shù)據(jù),之后利用計(jì)算機(jī)將各種數(shù)據(jù)計(jì)算,從而獲得工程的基本信息;同時(shí),利用地理信息系統(tǒng)存儲的一些信息數(shù)據(jù),可以準(zhǔn)確預(yù)測工程的施工情況,方便人們及時(shí)做出準(zhǔn)備。隨著科學(xué)的進(jìn)步,航空攝影測繪和遙感技術(shù)取得了長足的進(jìn)步,特別是無人機(jī)航測技術(shù)在實(shí)際測繪中使用較多,在工程測繪中發(fā)揮了重要的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比,無人機(jī)遙感測繪由于可以捕捉具有表面特征的4D 產(chǎn)品并且獲得的信息更加全面,因此被用于多種行業(yè)和學(xué)科。

        2 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)原理和特點(diǎn)

        2.1 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)原理

        近年來,無人機(jī)遙感測繪作為一種新型的航空遙感技術(shù)發(fā)展迅速,且技術(shù)日趨成熟。遙感技術(shù),利用衛(wèi)星遙感與通信系統(tǒng)進(jìn)行的一種技術(shù),不用直接接觸目標(biāo),而是通過傳感設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對信息的收集與分析處理,并進(jìn)行信息的識別與分類。遙感技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn),如多層次、科學(xué)性、宏觀性等,廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查、工程測繪和工程環(huán)境評價(jià)等方面,并發(fā)揮著越來越重要的作用。通過在地球不同高度上的傳感設(shè)備,對地球上的電磁波進(jìn)行收集與加工,包括地球上各種物體反射或者發(fā)射的電磁波,再進(jìn)一步使用特殊的方法對信息進(jìn)行解讀,從而應(yīng)用在科學(xué)研究的各個(gè)過程。無人機(jī)遙感是通過計(jì)算機(jī)采集地形地貌、地面物體的3D 坐標(biāo)和附加屬性信息,并通過計(jì)算機(jī)處理、顯示和輸出地形圖。無人機(jī)遙感技術(shù)如圖1 所示。

        圖1 無人機(jī)遙感技術(shù)

        2.2 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)特點(diǎn)

        隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及普遍應(yīng)用,把原本大量的外業(yè)工作變成了內(nèi)業(yè)工作,在很大程度上解放了工程測繪人員的勞動力及時(shí)間,也降低了工程測繪的技術(shù)成本。無人機(jī)遙感測繪相對于傳統(tǒng)工程測繪的優(yōu)勢在于:①起降靈活方便,攜帶方便,對周圍環(huán)境和天氣要求不高。一般而言,空中范圍附近無障礙的平坦地面足以自由起降。②可以低空飛行,提高運(yùn)行效率。小型無人機(jī)可在100~500m 范圍內(nèi)進(jìn)行低空航拍作業(yè),讓用戶快速、快速地完成所需的結(jié)果。小型無人機(jī)單次飛行作業(yè)面積約1km2,作業(yè)效率高。與傳統(tǒng)的工程勘察相比,現(xiàn)場人員的投入顯著減少。③可以快速獲取高分辨率數(shù)據(jù)。通過配備的攝像頭和其他傳感器獲取準(zhǔn)確直觀的地面信息。低空攝影照片的分辨率可以達(dá)到3~5cm 的超高分辨率數(shù)字圖像,這是常規(guī)測繪無法達(dá)到的。無人機(jī)技術(shù)具有先進(jìn)的全球?qū)Ш郊夹g(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的現(xiàn)場驗(yàn)證和測繪,并生產(chǎn)滿足基本測繪需求的產(chǎn)品。無人機(jī)遙感技術(shù)可以在高度比較低的空中生成高分辨率的遠(yuǎn)程感知圖像,其具有高適應(yīng)性、高工作靈活性、高分辨率及經(jīng)濟(jì)便利等特性,在某些小范圍地區(qū)廣泛地應(yīng)用了無人機(jī)遙感檢測系統(tǒng)來進(jìn)行對數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)航空成像等信息的搜集。④無人機(jī)與GPSRTK 結(jié)合,利用無人機(jī)快速靈活獲取地面位置數(shù)據(jù)。GPSRTK 外業(yè)捕捉影像控制點(diǎn)的平面和高程信息,保證航拍區(qū)域內(nèi)的測繪精度,兩者結(jié)合生成數(shù)字高程模型。在無人機(jī)遙感技術(shù)的幫助下,工程測繪的工作得到了平穩(wěn)開展和運(yùn)行。無人機(jī)技術(shù)會給工程測繪界帶來一場變革,將會給工程測繪帶來一個(gè)更加真實(shí)的世界,更加高效的世界,開啟無人機(jī)攝影的新時(shí)代。

        3 無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

        3.1 施工環(huán)境調(diào)查

        在正式進(jìn)行工程測繪之前,必須要由有著豐富經(jīng)驗(yàn)的專家對檢測計(jì)劃進(jìn)行全面、詳細(xì)的綜合性分析和討論,需要去掉側(cè)面的干涉才可以得到明確、準(zhǔn)確的圖像數(shù)據(jù),并根據(jù)周圍的實(shí)際情況,規(guī)劃合理、科學(xué)的飛行路徑,進(jìn)行試飛。在項(xiàng)目正式啟動之前,應(yīng)對工程測繪周圍的環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查,綜合評價(jià)被監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境條件和氣候條件,選擇適合試飛的飛行平臺,將各個(gè)方面做完比較后決定最適合監(jiān)測領(lǐng)域的飛行平臺,合理地決定測繪核心點(diǎn)的位置,并為了后續(xù)研究和勘探工作的順利開展進(jìn)行標(biāo)記,為正式調(diào)查和地圖制作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        3.2 GPS 技術(shù)的應(yīng)用

        為了使測繪網(wǎng)具有較高的準(zhǔn)確度,必須對其進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置。為了保證天線基底的穩(wěn)定性,應(yīng)設(shè)置無線GPS 設(shè)備,并按照要求進(jìn)行安裝,確認(rèn)是否有異常的信號接收進(jìn)來,并對建設(shè)現(xiàn)場進(jìn)行全面監(jiān)控。無人機(jī)技術(shù)測繪的精確度是我們一直關(guān)心的話題,精確度也是以后無人機(jī)技術(shù)要解決的問題,在不斷提高工作效率的同時(shí),要把精確度提高上去。目前采用的無人機(jī)遙感技術(shù)能夠確保將監(jiān)測和測繪系數(shù)精確到毫米級,探測和測繪信息的精度更高。工程測繪主要利用無人機(jī)技術(shù)、GPS 技術(shù)等現(xiàn)代科技手段進(jìn)行。

        3.3 信息采集

        在多維應(yīng)用的工程測繪過程中采用多層次的方法和技術(shù),實(shí)現(xiàn)對研究范圍內(nèi)信息的高效、快速獲取。信息采集是無人機(jī)對工程測繪一個(gè)非常重要的部分,采集信息的質(zhì)量也影響著檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了在監(jiān)測領(lǐng)域獲得準(zhǔn)確的地理信息,在利用無人機(jī)遙感技術(shù)采集信息時(shí),必須根據(jù)地理特征設(shè)置合適的飛行模式,無人機(jī)遙感技術(shù)可以對采集到的地理信息進(jìn)行自動分類和過濾,刪除與測繪結(jié)果無關(guān)的、沒有特定用途的信息,無人機(jī)遙感技術(shù)還可以對采集到的信息進(jìn)行自動加密,防止信息隨時(shí)變化或者被盜取。當(dāng)無人機(jī)遙感技術(shù)完成信息采集的任務(wù)后,會把信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)三維模型,提高了數(shù)據(jù)信息的可觀性,這樣就可以大大降低信息和數(shù)據(jù)的復(fù)雜性,進(jìn)而提高了工程測繪的精度。

        3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

        外業(yè)航測工作結(jié)束之后,就要著手開展內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作。數(shù)據(jù)信息處理時(shí)要利用專業(yè)的處理技術(shù)來降低外業(yè)像控點(diǎn)。要對POS 數(shù)據(jù)和相片數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。對于POS 系統(tǒng)而言,它可以對定位系統(tǒng)與航拍儀進(jìn)行高度集成,所使用的硬件設(shè)施主要為慣性測繪裝置,并且還用到了定位系統(tǒng)等。利用POS 系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)時(shí),需要借助定位系統(tǒng)來得到位置參數(shù)。借助于慣性定位設(shè)備,可以明確定義姿態(tài)設(shè)備。當(dāng)數(shù)據(jù)處理工作完成后,技術(shù)人員可以使用網(wǎng)格手工分析技術(shù)對兩相圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和處理。在無人機(jī)航測拍攝工作中,可以把拍攝區(qū)域分成若干個(gè)網(wǎng)格,針對每一個(gè)網(wǎng)格做出針對性處理,進(jìn)而能夠準(zhǔn)確的掌握這一區(qū)域的情況,同時(shí)也有助于管理人員全面的了解工程建設(shè)狀況。這一過程中,需要用到專業(yè)性較強(qiáng)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的全面融合。對于錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息,還要進(jìn)行校正。數(shù)據(jù)校核期間主要借助控制點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)航測影像呈現(xiàn)出姿態(tài)信息和相應(yīng)的位置信息后,就需要著手開展后續(xù)的處理工作。

        4 結(jié)語

        對于無人機(jī)技術(shù)而言,它是在傳統(tǒng)航測技術(shù)基礎(chǔ)上不斷發(fā)展進(jìn)而形成的一種先進(jìn)的航測新技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的航測技術(shù),無人機(jī)技術(shù)的效率更高,同時(shí)更具輕便性、靈活性與準(zhǔn)確性特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新,無人機(jī)控制系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了人工智能的轉(zhuǎn)變,大大提高了測繪的便利性、操控性、效率等。合理利用無人機(jī)技術(shù)能夠準(zhǔn)確進(jìn)入到相對復(fù)雜的區(qū)域,并實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)工程的有效監(jiān)測,最終獲取準(zhǔn)確、完整的信息與數(shù)據(jù)。無人機(jī)技術(shù)在當(dāng)前的工程測繪工作中有著廣泛的應(yīng)用,該技術(shù)的時(shí)效性與應(yīng)用效率較高,對于起落場地條件沒有嚴(yán)格的要求,應(yīng)用成本相對較低。通過無人機(jī)技術(shù)的使用,可以實(shí)現(xiàn)對工程測繪動態(tài)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測與管理,提高工程測繪的時(shí)效性,并且提升工程測繪管理部門的工作效率與質(zhì)量。

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