趙占營(yíng) ZHAO Zhan-ying;陳靜 CHEN Jing
(航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司,北京100089)
利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多種空間遙感的信息,如遙感傳感器技術(shù)、無(wú)人駕駛飛行器技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能信息技術(shù)等。測(cè)繪技術(shù)是工程建設(shè)和地質(zhì)勘察活動(dòng)當(dāng)中的重要組成部分,測(cè)繪工程的測(cè)量工作直接影響到項(xiàng)目活動(dòng)的開(kāi)展。傳統(tǒng)測(cè)繪工作主要是人工測(cè)繪方式組成,工作效率低甚至經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題,加上項(xiàng)目工程實(shí)際作業(yè)情況不可控,很難取得完整的測(cè)量結(jié)果。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中還會(huì)因?yàn)槿藶橐蛩赜绊懙綄?shí)際測(cè)量活動(dòng)的開(kāi)展。因此為提升測(cè)繪工作的質(zhì)量,需引進(jìn)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)來(lái)提升整體質(zhì)量,凸顯出無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的價(jià)值。
無(wú)人機(jī)與航拍機(jī)相機(jī)相比體積更小更靈活,而且升降時(shí)間短。無(wú)人機(jī)的升降對(duì)場(chǎng)地要求很小,但是這并不影響無(wú)人機(jī)的操作運(yùn)行。無(wú)人機(jī)操作簡(jiǎn)單運(yùn)行效率高,在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的背景下科學(xué)技術(shù)取得了越來(lái)越大的成就,遙感技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展,讓購(gòu)買(mǎi)無(wú)人機(jī)的人逐漸增多,無(wú)人機(jī)迎來(lái)更大市場(chǎng)。無(wú)人機(jī)和航拍機(jī)相比飛行高度更高,測(cè)繪作業(yè)的持續(xù)性、作業(yè)效率也更高,因此受到了廣大消費(fèi)者的青睞。當(dāng)人們出行作業(yè)的時(shí)候,因?yàn)闊o(wú)人機(jī)體積小質(zhì)量輕,很容易將其攜帶出門(mén),不需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的起飛、降落場(chǎng)所就可以實(shí)現(xiàn),甚至無(wú)特殊工作要求,能快速完成測(cè)繪的標(biāo)準(zhǔn),使用更加方便,從而滿足測(cè)繪工作的實(shí)際要求。
總之,利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)便是監(jiān)測(cè)效率高。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)模式依靠人力與機(jī)器,在面對(duì)大范圍監(jiān)測(cè)面積及復(fù)雜地理情況時(shí),難以準(zhǔn)確、高效地測(cè)量出地理信息。像在進(jìn)行城市規(guī)劃建筑利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)時(shí),如果發(fā)生某些不可控的風(fēng)險(xiǎn)及意外事故,利用無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠很好地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),減少工作時(shí)間,有效解決突發(fā)性事故,從而減少不必要的人力、物力、財(cái)力的損失。同時(shí),利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)地球表面進(jìn)行有效觀測(cè),對(duì)工作效率的提高以及工作準(zhǔn)確度的提升有重要意義,其主要體現(xiàn)在城市規(guī)劃建設(shè)、土地利用調(diào)查等方面。
無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)最大的吸引人注意的點(diǎn)在于它能夠進(jìn)入那些環(huán)境復(fù)雜惡劣、人工監(jiān)測(cè)難度極高以及人類(lèi)還沒(méi)有能力進(jìn)入的范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè),而且監(jiān)測(cè)結(jié)果往往精確度很高,甚至遠(yuǎn)超人工監(jiān)測(cè),這對(duì)于測(cè)繪工程來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)具有重大實(shí)踐價(jià)值的技術(shù)突破。另外,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還在不斷創(chuàng)造奇跡,又完美結(jié)合了三維技術(shù),這一進(jìn)步做法直接促進(jìn)測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)全面,展示在人們面前的區(qū)域狀況更加清晰明了,給相關(guān)工作人員節(jié)省了很多時(shí)間,大大提高了測(cè)繪的工作效率。
無(wú)人機(jī)由于小巧輕便,對(duì)環(huán)境空間的受限和要求較低,可以有效完成惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)。無(wú)人機(jī)還具有完善的航空拍攝系統(tǒng),能夠擴(kuò)大數(shù)據(jù)及信息搜集的范圍,通過(guò)多次、實(shí)時(shí)、智能地大范圍監(jiān)測(cè)來(lái)保證信息采集的準(zhǔn)確性。無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)需要先進(jìn)技術(shù)的加持分析,如三維監(jiān)測(cè)技術(shù)。三維監(jiān)測(cè)具有宏觀性的特點(diǎn),其監(jiān)測(cè)范圍較傳統(tǒng)定點(diǎn)方式更立體全面。作為測(cè)繪工程測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)之一,隨著時(shí)代的發(fā)展和需求,和日益嚴(yán)苛的工程建設(shè)測(cè)繪測(cè)量數(shù)據(jù)的要求增高,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)也在不斷改革創(chuàng)新,此境況下比較明顯的就是監(jiān)測(cè)的范圍更加廣泛,并且這一優(yōu)勢(shì)也在愈加顯著。此外,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還可以利用三維監(jiān)測(cè)提供宏觀信息,保證信息獲取的及時(shí)有效,營(yíng)造無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)的宏觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用可以解決傳統(tǒng)測(cè)繪工作難以解決的難題,并充分發(fā)揮遙感監(jiān)測(cè)的宏觀掌控作用,提高測(cè)繪工作的效率。
目前,我國(guó)的無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于天氣監(jiān)測(cè)、資源勘探、測(cè)繪工程及應(yīng)急救援等領(lǐng)域,尤其是在測(cè)繪工程中的應(yīng)用已逐漸成熟,其分辨率與準(zhǔn)確度正被日益提升。傳統(tǒng)的測(cè)繪遙感工程設(shè)備是載人飛機(jī)或衛(wèi)星等,這些設(shè)備使用成本高且容易受到天氣的影響,在更新數(shù)據(jù)信息時(shí)也相對(duì)較慢,對(duì)于測(cè)繪工作及工程整體的進(jìn)度發(fā)展造成了很大的限制。相比之下,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用,可以幫助測(cè)繪工程采集更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息,并且加快對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效處理速度,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)將載波差分位中的動(dòng)態(tài)差分與靜態(tài)差分相統(tǒng)一,更便于科學(xué)開(kāi)展工程測(cè)量網(wǎng),實(shí)現(xiàn)信息傳輸數(shù)據(jù)的目的。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用不僅擴(kuò)大了測(cè)繪工程的宏觀范圍,同時(shí)還大大加強(qiáng)了測(cè)量數(shù)據(jù)獲取及分析的高效性及準(zhǔn)確性。另一方面,無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比,其飛行偏角較大,像幅更小。而這些因素也會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在獲取信息過(guò)程中出現(xiàn)漏洞。無(wú)人機(jī)的機(jī)體輕、飛行高度高的這一特性,讓其在一定高度的空中容易受到風(fēng)的影響而出現(xiàn)飛行穩(wěn)定性不佳的狀況,而測(cè)繪工作則要求一直保障無(wú)人機(jī)攝影的平穩(wěn)性。
在低云量時(shí),無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪工作可與遙感技術(shù)相結(jié)合,共同完成航拍攝影任務(wù),并且準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)影像。應(yīng)用遙感技術(shù)可以充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用價(jià)值,可以保質(zhì)保量完成繪圖的要求。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的價(jià)值除了體現(xiàn)在高難度的航拍測(cè)繪工作中,還體現(xiàn)在有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件中。在原有無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,可以進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新無(wú)人機(jī)專(zhuān)用飛行檢查系統(tǒng)和低空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng),并不斷對(duì)軟件進(jìn)行修正,實(shí)現(xiàn)飛行、拍攝過(guò)程中更科學(xué)合理的地形覆蓋。與此同時(shí),不斷提高穩(wěn)定性能的機(jī)械變形技術(shù),可以改善無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)中廣角相機(jī)的自穩(wěn)定性,該技術(shù)可以進(jìn)一步促進(jìn)無(wú)人機(jī)測(cè)量和測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展,計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)成為可能,可以獲得精確度、清晰度、分辨率更高的數(shù)據(jù),做到準(zhǔn)確處理。
操作人員在對(duì)航線進(jìn)行規(guī)劃的過(guò)程中,需要格外注意航線規(guī)劃與數(shù)據(jù)采集之間的緊密聯(lián)系,航線的準(zhǔn)確性對(duì)于測(cè)繪的數(shù)據(jù)有直接影響。常規(guī)情況下,無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)間通常為1h左右,除去實(shí)際的飛行損耗能量,無(wú)人機(jī)能夠保持50min的拍攝狀態(tài)。需要操作人員事先對(duì)飛行路線進(jìn)行規(guī)劃,避免規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)法返航現(xiàn)象發(fā)生。利用科學(xué)的方式對(duì)實(shí)際需要檢測(cè)的區(qū)域進(jìn)行全面規(guī)劃,保障無(wú)人機(jī)的有效測(cè)繪,根據(jù)實(shí)際需求對(duì)探測(cè)地區(qū)進(jìn)行拍攝,確保各項(xiàng)環(huán)節(jié)的合理性。測(cè)繪地區(qū)控制航線的目的在于保證任務(wù)能夠順利完工,根據(jù)區(qū)域編制網(wǎng)址網(wǎng)絡(luò),建立專(zhuān)用的信號(hào)坐標(biāo),確保無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)階段可以清楚感知其具體位置,對(duì)于路線核實(shí)具有重要作用。在測(cè)繪工作不斷開(kāi)展的過(guò)程中,環(huán)境較為惡劣的地區(qū)與常規(guī)探測(cè)的環(huán)境完全不同,會(huì)受到惡劣天氣的影響。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以保證惡劣天氣下勘測(cè)的準(zhǔn)確性,根據(jù)測(cè)繪的需求對(duì)地形高程進(jìn)行有效控制,確保測(cè)繪范圍實(shí)現(xiàn)全覆蓋。航線確定后可以明確具體航行高度,確??睖y(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際影像重合,減少測(cè)繪誤差,保障測(cè)繪的精準(zhǔn)性。
在采集此類(lèi)信息時(shí),應(yīng)選擇與測(cè)量目標(biāo)適配的采集手段,可選擇手動(dòng)采集,也可應(yīng)用自動(dòng)加密技術(shù)。自動(dòng)加密技術(shù)即通過(guò)航拍設(shè)備與傳感器暫時(shí)存儲(chǔ)所采集的數(shù)據(jù),加密數(shù)據(jù)促進(jìn)信息安全,作為參考數(shù)據(jù)輔助測(cè)量工作。具有相關(guān)訪問(wèn)權(quán)限的工作人員才能使用內(nèi)部信息,有效降低盜用數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)遙控系統(tǒng)手動(dòng)加密數(shù)據(jù),根據(jù)本站數(shù)據(jù)采集預(yù)期,指揮無(wú)人機(jī)定向拍攝,可提高信息準(zhǔn)確性。應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可高效優(yōu)質(zhì)處理信息,從技術(shù)層面提高測(cè)量工作質(zhì)量。大型復(fù)雜工區(qū)是既往測(cè)量工作難點(diǎn),項(xiàng)目測(cè)繪質(zhì)量較大程度取決于數(shù)據(jù)完整性,應(yīng)用該技術(shù)后,可全方位采集特殊工區(qū)信息,對(duì)綜合管理工區(qū)有重要意義。無(wú)人機(jī)測(cè)繪中,必須使用適配飛行平臺(tái)。在實(shí)際測(cè)繪中,應(yīng)分析目標(biāo)區(qū)域地形地貌設(shè)計(jì)測(cè)繪方案。無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中,顯著縮小了像幅,同時(shí)增大了偏角,通過(guò)空中三角技術(shù)應(yīng)用糾正影像,保證航拍過(guò)程中覆蓋全部地理位置。測(cè)繪基礎(chǔ)是獲取數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性直接影響測(cè)繪質(zhì)量。無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪是對(duì)測(cè)繪技術(shù)的升級(jí),在礦區(qū)、建筑工程、災(zāi)害救援中有重要應(yīng)用價(jià)值,測(cè)量信息更準(zhǔn)確,對(duì)特殊環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。
常規(guī)測(cè)量手段不僅限制條件多,而且耗時(shí)較長(zhǎng),效率低于客觀需求,采集信息不全會(huì)影響災(zāi)區(qū)人民生命安全,同時(shí)也會(huì)增加救援風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)性,幫助救援部門(mén)迅速獲取災(zāi)區(qū)信息,采集區(qū)域環(huán)境特征信息,從而制定科學(xué)性應(yīng)急方案,促進(jìn)順利解決突發(fā)事件。以某地洪水為例,災(zāi)情發(fā)生后,無(wú)人機(jī)第一時(shí)間抵達(dá)災(zāi)區(qū)空域,全面探測(cè)實(shí)時(shí)地理環(huán)境,救援工作因此獲得可靠信息依據(jù)。該地洪水發(fā)生突然,發(fā)展迅速,危害面積廣泛,就近救援中必須了解具體災(zāi)情信息,以規(guī)劃科學(xué)的深入救援路線。啟動(dòng)無(wú)人機(jī)等遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備,配合多種科技手段后,在短時(shí)間內(nèi)繪制災(zāi)情分布圖,并迅速制定救援計(jì)劃。雖然此次洪災(zāi)突發(fā),造成眾多損失,但是在技術(shù)支持下實(shí)施卓有成效的救援活動(dòng),與傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)期同等洪災(zāi)救援成效相比,此次救援反應(yīng)更迅速,準(zhǔn)備更充分,災(zāi)區(qū)信息更詳盡,救援措施也更具實(shí)效性,人員傷亡顯著降低。
無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在城市規(guī)劃和區(qū)域規(guī)劃測(cè)量工作中的應(yīng)用,能夠明顯提升采集數(shù)據(jù)分布特征與統(tǒng)計(jì)規(guī)律的符合度,為采樣的準(zhǔn)確性提供有力保證。目前,我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展階段,將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用至城市建設(shè)期間的數(shù)據(jù)采集工作中,能夠建立更加直觀和實(shí)時(shí)的地形模型,有效提升城市建設(shè)的合理性。在對(duì)城市當(dāng)中指定區(qū)域的地理信息進(jìn)行采集時(shí),無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠從多個(gè)角度出發(fā),為城市建設(shè)提供具有高分辨率的參考資料,使得建設(shè)人員能夠更加全面和綜合的考慮和分析城市規(guī)劃情況。不過(guò)值得注意的是,無(wú)人機(jī)飛行期間的傾角問(wèn)題會(huì)對(duì)采集信息產(chǎn)生影響,因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)要解決此類(lèi)問(wèn)題所產(chǎn)生的影響。
某單位擬對(duì)某農(nóng)村實(shí)施1:2000全野外數(shù)字化地形圖測(cè)繪和勘測(cè)定界,為該土地整理項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、上報(bào)審批、工程施工提供現(xiàn)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的地理信息數(shù)據(jù),為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)提供基礎(chǔ)服務(wù)。測(cè)區(qū)地貌為丘陵地帶,測(cè)區(qū)內(nèi)交通極不方便,通視條件一般,適合進(jìn)行無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量。
本次航飛選擇某晴天中午時(shí)分實(shí)施,測(cè)區(qū)東西長(zhǎng)約10000m,南北寬約6000m,總面積約16.3平方公里,航高為163m,影像地面分辨率為6.2cm/pixel。航飛拍攝了15條航線,共計(jì)312張航片,影像大小為4608像素*3456像素,單張影像覆蓋范圍約為286m*214m,預(yù)設(shè)航向重疊為80%,旁向重疊為60%,飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量良好。
無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)流程如圖1所示。
圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)流程
考慮到沿線環(huán)境情況及航測(cè)成圖要求、項(xiàng)目實(shí)施的可操作性,控制測(cè)量采用本省CORS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量方法實(shí)施;經(jīng)統(tǒng)籌細(xì)分,對(duì)燃?xì)飧删€一期工程19km長(zhǎng)度布設(shè)了93個(gè)控制點(diǎn)(像控點(diǎn))。像片控制點(diǎn)選點(diǎn)應(yīng)符合以下規(guī)定:①像片控制點(diǎn)的目標(biāo)影像應(yīng)清晰,易于判刺和立體量測(cè)。②像片控制點(diǎn)宜能公用,單航線宜布設(shè)在航向3片重疊范圍內(nèi),多航線宜布設(shè)在航向及旁向6片或5片重疊范圍內(nèi),并確保像片控制點(diǎn)在相鄰各片的影像都清晰。③高程控制點(diǎn)點(diǎn)位目標(biāo)應(yīng)選在高程起伏較小的地方,以線狀地物的交點(diǎn)為宜。④像片控制點(diǎn)點(diǎn)位距像片邊緣不應(yīng)小于150像素。⑤測(cè)區(qū)四角及航線交叉處應(yīng)布設(shè)像控點(diǎn)。像片控制點(diǎn)布設(shè)方法包括全野外布點(diǎn)、區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)和航線網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn),各布點(diǎn)方法的適用范圍如下:首先是全野外布點(diǎn)法,適用范圍為1∶500比例尺站場(chǎng)和穿跨越測(cè)量;然后是區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn),適用范圍為1∶1000~1∶2000比例尺站場(chǎng)、穿跨越和線路帶狀地形圖測(cè)量;最后是航線網(wǎng)布點(diǎn)方法,適用范圍是1∶1000~1∶2000比例尺線路帶狀地形圖測(cè)量。在本次測(cè)繪項(xiàng)目工程中,采用了區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)的方法進(jìn)行布點(diǎn)。
本次無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量經(jīng)過(guò)項(xiàng)目規(guī)劃、航飛、布設(shè)控制點(diǎn)、內(nèi)業(yè)空中三角測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、成果資料整理及生成項(xiàng)目質(zhì)量報(bào)告等步驟,最終完成1:2000地形圖及1:2000勘測(cè)定界圖的平面位置中誤差為9.3cm,高程中誤差為8.6cm,滿足1:2000數(shù)字航空攝影測(cè)量測(cè)圖規(guī)范的要求,項(xiàng)目取得圓滿成功。
總而言之,無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用前景廣泛,能夠進(jìn)一步提升項(xiàng)目工作效率,有效縮短工期,并在項(xiàng)目前期、中期及后期結(jié)合實(shí)際情況,技術(shù)層面上給予科學(xué)的幫助,具體細(xì)化的領(lǐng)域綜合各方意見(jiàn),從而促進(jìn)項(xiàng)目的順利完成。
無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是目前我國(guó)較為先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)之一,具有較高的技術(shù)含量與技術(shù)水平。無(wú)人機(jī)低空攝影獲取高清晰影像數(shù)據(jù)在通過(guò)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)生成三維點(diǎn)云與模型,實(shí)現(xiàn)地理信息的快速獲取。這不僅提高了效率,還降低了成本,并且有著數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作靈活的特點(diǎn),可以滿足測(cè)繪行業(yè)的不同需求;大大地節(jié)省了測(cè)繪人員野外測(cè)繪的工作量,取得了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工作的開(kāi)展中發(fā)揮著不可替代的重要作用,該技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的人工測(cè)量的缺陷問(wèn)題,進(jìn)行全面有效的工程測(cè)繪工作,有利于提高工程測(cè)繪工作的效率和準(zhǔn)確,進(jìn)而為項(xiàng)目工程施工的有效開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。