摘要：無人機(jī)測繪技術(shù)不僅可以進(jìn)行對土地資源及地形圖的觀測測量等工作，還能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑周邊環(huán)境、道路位置及交通情況等各種信息資料收集與獲取。本文闡述了無人機(jī)測繪技術(shù)在土木工程測繪領(lǐng)域的基本原理與特點(diǎn)，以及測繪技術(shù)特征，分析了在土木工程測繪中的應(yīng)用，并對其在應(yīng)用中的創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：土木工程；測繪技術(shù)；無人機(jī)；觀測測量

中圖分類號：P23；TU198""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）S1?0180?03

0 引言

土木工程測繪一直是確保工程質(zhì)量和可行性的重要環(huán)節(jié)，然而傳統(tǒng)的測繪方法往往存在著耗時、耗力和精度不高的問題。隨著無人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人機(jī)測繪技術(shù)正成為土木工程測繪領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新應(yīng)用。無人機(jī)技術(shù)是由無線電遙控設(shè)備和計(jì)算機(jī)操控的現(xiàn)代無人駕駛飛行器系統(tǒng)，它具有較高的飛行速度、機(jī)動靈活以及操作方便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事、航天及民用領(lǐng)域中。隨著測繪業(yè)在社會各方面發(fā)揮越來越重要的作用并且日益突出，其對人們生活影響程度不斷加大，也使得測繪行業(yè)競爭也變得越發(fā)激烈。雖然傳統(tǒng)測繪技術(shù)存在著效率低且易受天氣因素干擾等缺點(diǎn)，無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展需求。但是無人機(jī)測繪技術(shù)是一種新型的測繪方式，具有高精度和多功能化特點(diǎn)，能更好地服務(wù)于人類社會發(fā)展需求。

1 無人機(jī)測繪技術(shù)原理

無人機(jī)技術(shù)是以無線電為主要載體，利用載物或者其他設(shè)備，通過無線電通信、遙測等系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞和接收。使用無人機(jī)進(jìn)行工程測繪，首先需要對其系統(tǒng)和軟件有全面系統(tǒng)性的了解和分析，根據(jù)實(shí)際情況在軟件平臺設(shè)計(jì)控制網(wǎng)進(jìn)行方案布設(shè)，同時將各環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控，即可對無人機(jī)遙感系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時觀測記錄和數(shù)據(jù)采集[1]。

無人機(jī)測繪的工作原理具體如下。

1.1 無人機(jī)平臺

無人機(jī)是測繪技術(shù)的核心平臺，通常采用多旋翼、固定翼或垂直起降的飛行器，通過搭載各種傳感器和測量設(shè)備，如相機(jī)、激光雷達(dá)和全球定位系統(tǒng)（GPS），實(shí)現(xiàn)對地表的觀測和數(shù)據(jù)采集。

（１）飛行計(jì)劃和控制

在進(jìn)行測繪任務(wù)之前，需要對所測繪的區(qū)域范圍列出飛行計(jì)劃，包括確定飛行區(qū)域、飛行高度、航線和任務(wù)目標(biāo)等。飛行計(jì)劃可通過無人機(jī)控制軟件進(jìn)行編程和設(shè)定。飛行計(jì)劃設(shè)定好之后，無人機(jī)即可自動按照預(yù)定的航線進(jìn)行測繪工作。也可通過遙控或預(yù)設(shè)指令進(jìn)行實(shí)時控制和調(diào)整。

（２）數(shù)據(jù)采集

無人機(jī)搭載的傳感器和設(shè)備用于數(shù)據(jù)采集。其中，相機(jī)是最常用的設(shè)備之一，用于進(jìn)行航空攝影。測繪相機(jī)可用類型有RGB相機(jī)、紅外相機(jī)或多光譜相機(jī)，需根據(jù)測繪任務(wù)的需求選擇合適的相機(jī)類型。激光雷達(dá)則可以獲取高精度的地形數(shù)據(jù)，通過發(fā)射激光脈沖并測量其返回時間來獲取地表的高程信息[2]。

（３）位置定位

為了獲取準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，無人機(jī)需要進(jìn)行精確定位，該功能通過全球定位系統(tǒng)（GPS）來實(shí)現(xiàn)。無人機(jī)上搭載的GPS接收器能夠接收衛(wèi)星信號，計(jì)算出無人機(jī)的三維坐標(biāo)。通過與地面控制點(diǎn)的配準(zhǔn)，可以進(jìn)一步提高測量精度。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

使用無人機(jī)將數(shù)據(jù)采集完成后，計(jì)算機(jī)視覺、遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS）等技術(shù)，通過圖像處理、地形重建、特征提取和數(shù)據(jù)融合等步驟，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化處理和分析，最終生成數(shù)字高程模型（DEM）、三維模型和地圖等終端產(chǎn)品[3]。

2 無人機(jī)測繪技術(shù)特征

無人機(jī)測繪技術(shù)能夠進(jìn)行實(shí)時、全視距的高度自動化測量，同時還能通過傳感器獲取目標(biāo)地物點(diǎn)坐標(biāo)信息，在測繪中應(yīng)用無人機(jī)遙感系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全天候觀測和遠(yuǎn)距離作業(yè)。與傳統(tǒng)測圖方式相比，其具有以下幾點(diǎn)特征。

2.1 精準(zhǔn)度高

高精度測量是無人機(jī)測繪技術(shù)在土木工程測繪領(lǐng)域的另一個重要特征。通過使用先進(jìn)的傳感器、精確的飛行控制與定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與校正、控制點(diǎn)與地面配準(zhǔn)以及重疊航線和多視角觀測等方法，無人機(jī)測繪技術(shù)對空間位置精度要求較低，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的地表測量，并可適應(yīng)各種復(fù)雜地形，滿足土木工程對精細(xì)測量和分析的要求。

2.2 靈活性與適應(yīng)性強(qiáng)

無人機(jī)測繪技術(shù)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺，通過傳感器的采集、處理和傳輸，結(jié)合自動控制算法實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)獲取及信息交換，不需要專業(yè)設(shè)備及場地條件便能完成對目標(biāo)物信息的獲取和采集工作。無人機(jī)的垂直起降能力使其能夠在狹小的空間內(nèi)懸停和懸浮飛行，進(jìn)入人工難以到達(dá)的區(qū)域，如高山、峽谷、建筑工地等，能夠適應(yīng)各種地形環(huán)境和復(fù)雜條件，快速部署并實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，同時降低人員風(fēng)險，在土木工程測繪領(lǐng)域具有靈活性與可訪問性的特點(diǎn)，為工程人員提供了更廣闊的測量范圍和更全面的數(shù)據(jù)收集[4]。

2.3 實(shí)時性和可靠性好

由于無人機(jī)具有較高的隱蔽度，可以在不同高度下保持相對穩(wěn)定狀態(tài)對目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)觀測且不受到外界環(huán)境因素干擾，通過無線信號將飛行過程中的實(shí)時視頻傳輸?shù)降孛嬲净虿倏卦O(shè)備上，相比人工測繪來說，具備了極強(qiáng)的時效性與安全性[5]。

2.4 監(jiān)測效率高

傳統(tǒng)的人工測量方法往往需要耗費(fèi)大量時間和人力資源，尤其是在大面積的地理區(qū)域進(jìn)行測繪時。無人機(jī)測繪技術(shù)通過飛行速度和飛行路徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在較短時間內(nèi)覆蓋大面積區(qū)域，使得數(shù)據(jù)采集效率得到極大提高，為加快工程設(shè)計(jì)和規(guī)劃進(jìn)程起到了很大的作用[6]。

此外，通過使用計(jì)算機(jī)視覺和遙感技術(shù)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)處理和分析，無人機(jī)測繪技術(shù)實(shí)現(xiàn)了許多自動化的處理步驟。例如，圖像處理算法可以自動識別和提取地物特征，數(shù)字高程模型的生成可以通過點(diǎn)云處理軟件自動完成。這些自動化處理的方法也加快了數(shù)據(jù)處理的速度和準(zhǔn)確度。

2.5 數(shù)據(jù)多樣性

數(shù)據(jù)多樣性與融合是無人機(jī)測繪技術(shù)在土木工程測繪領(lǐng)域的重要特點(diǎn)之一，能夠給測繪結(jié)果提供豐富的地理信息，為工程人員進(jìn)行下一步的綜合分析和決策支持提供更全面、準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

無人機(jī)測繪技術(shù)根據(jù)需求及特定設(shè)置，能夠獲取多種類型的數(shù)據(jù)，包括航空影像、激光掃描點(diǎn)云、熱紅外圖像等。航空影像可以提供地表紋理、建筑物識別等信息；激光掃描點(diǎn)云可以獲取高精度的地形和三維結(jié)構(gòu)信息；熱紅外圖像可以用于檢測建筑物的熱效應(yīng)和能耗分析等。這種多樣性的數(shù)據(jù)來源使得工程人員能夠從不同的角度和維度對采集到的相關(guān)信息進(jìn)行分析解讀[7]。

3 無人機(jī)測繪技術(shù)在土木工程測繪中的應(yīng)用

在進(jìn)行工程測繪時，使用無人機(jī)測繪技術(shù)有助于提高測繪效率，獲得真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠的測繪數(shù)據(jù)。通過選擇使用合理的無人機(jī)測繪設(shè)備，對工程的測繪工作可起到事半功倍的效果。

3.1 無人機(jī)測繪作業(yè)

（1）航線預(yù)設(shè)。無人機(jī)測繪是通過搭載激光掃描儀或多光譜相機(jī)等傳感器，對地表進(jìn)行高精度的地形和地貌測繪作業(yè)，因此在進(jìn)行無人機(jī)測繪起飛之前，要先根據(jù)測量范圍做好飛行路線的設(shè)定以及無人機(jī)起降方案等工作。除了設(shè)定航線外，也要檢查相關(guān)設(shè)備情況，包括所要測量的實(shí)際范圍、測量面積、傳感器連接情況及計(jì)算機(jī)顯示的影像效果等方面。通過檢查使收集到的數(shù)據(jù)符合所需要的測繪數(shù)據(jù)效果，有助于高效實(shí)現(xiàn)測繪目的[8]。

3.2 無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理

傳統(tǒng)的測繪數(shù)據(jù)處理主要是通過人工繪圖和無人機(jī)航拍進(jìn)行，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信及電子傳感等先進(jìn)信息技術(shù)在土木工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[9]。目前無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理主要是利用遙感影像和GPS的空間測量技術(shù)，通過使用計(jì)算機(jī)軟件將地面點(diǎn)、空中地形圖以及三維圖形進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并生成相應(yīng)的控制網(wǎng)狀圖，從而得到所需信息。

4 結(jié)論

隨著信息、計(jì)算機(jī)以及遙感等技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)測繪技術(shù)在土木工程測繪領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了革命性的變革。針對工程測繪嚴(yán)謹(jǐn)程度高、耗時久、工作量大等特點(diǎn)，無人機(jī)測繪技術(shù)通過高效快速的數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)度高的測量和靈活安全的操作，為傳統(tǒng)土木工程測繪方法帶來了許多優(yōu)勢和創(chuàng)新，極大地提高了測繪效率和精度，減少了資源和人力的消耗，并增強(qiáng)了工作的安全性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，無人機(jī)測繪技術(shù)將繼續(xù)推動土木工程領(lǐng)域的創(chuàng)新和進(jìn)步，為建設(shè)更安全、高效和可持續(xù)的工程做出貢獻(xiàn)。

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