文/張家敏 安徽省第四測(cè)繪院 安徽合肥 230031
我國(guó)測(cè)繪工程技術(shù)在近年來(lái)取得了快速發(fā)展,成為現(xiàn)代工程建設(shè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新,無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)作為一種新興的測(cè)量手段,在測(cè)繪工程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)憑借其高效、精確、靈活等優(yōu)勢(shì),正在逐漸改變傳統(tǒng)的測(cè)繪工程方式,它通過(guò)使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空攝影,獲取高分辨率的圖像數(shù)據(jù),可以為地形測(cè)繪、建筑物監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供準(zhǔn)確、高效的測(cè)繪解決方案。本文將有助于更好地理解其在測(cè)繪行業(yè)中的重要性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
測(cè)繪工程技術(shù)是國(guó)家地理信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分,也是地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。我國(guó)測(cè)繪工程技術(shù)自20 世紀(jì)50 年代開始發(fā)展,經(jīng)過(guò)幾十年的努力,已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步與成就。
隨著科技進(jìn)步和現(xiàn)代化建設(shè)的需要,我國(guó)測(cè)繪工程技術(shù)取得了快速的發(fā)展。特別是近年來(lái),我國(guó)在測(cè)繪制圖、地理信息系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等方面都取得了顯著成就。
首先,在測(cè)繪制圖方面,我國(guó)已經(jīng)建立了全面的測(cè)繪成果生成體系,高精度測(cè)繪技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)利用航空航天技術(shù),我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量,航測(cè)結(jié)果用于制作數(shù)字正射影像圖和數(shù)字高程模型。此外,地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用,為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市管理提供了重要支撐。
其次,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)也是測(cè)繪工程技術(shù)的重要組成部分。我國(guó)自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)具備全球覆蓋和高精度定位能力,廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、公共安全、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)等領(lǐng)域。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了可靠的空間基礎(chǔ)設(shè)施。
同時(shí),地理信息技術(shù)也在城市規(guī)劃和土地管理方面發(fā)揮著重要作用。例如,通過(guò)地理信息系統(tǒng)技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市建設(shè)和土地利用的綜合管理與優(yōu)化。通過(guò)地理信息系統(tǒng)的分析和模擬,可以為城市交通規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、資源管理等提供科學(xué)的決策支持。
此外,我國(guó)還在國(guó)土調(diào)查和國(guó)際測(cè)繪方面取得了顯著成就。在國(guó)土調(diào)查方面,我國(guó)的基礎(chǔ)測(cè)繪工程已經(jīng)基本完成,為國(guó)土規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。我國(guó)也積極參與國(guó)際測(cè)繪合作,加強(qiáng)與其他國(guó)家在標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和數(shù)據(jù)等方面的交流與合作,推動(dòng)全球測(cè)繪技術(shù)水平的提升[1]。
然而,盡管我國(guó)測(cè)繪工程技術(shù)取得了巨大的成就,但仍然面臨一些挑戰(zhàn)。首先,我國(guó)地域遼闊,包括高山、山地、沙漠、濕地等復(fù)雜地形地貌,對(duì)測(cè)繪工程技術(shù)提出了更高的要求。其次,測(cè)繪行業(yè)人才結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平不平衡,需要進(jìn)一步提升測(cè)繪工程技術(shù)人才的培養(yǎng)和引進(jìn)。最后,隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,測(cè)繪工程技術(shù)需要與大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)結(jié)合,提升數(shù)據(jù)處理和分析能力[2]。
總體而言,我國(guó)測(cè)繪工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀取得了令人矚目的成就,為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了重要的支撐。未來(lái),應(yīng)繼續(xù)加大對(duì)測(cè)繪工程技術(shù)的研究和應(yīng)用力度,提升技術(shù)水平和創(chuàng)新能力,進(jìn)一步推動(dòng)測(cè)繪行業(yè)向高質(zhì)量發(fā)展的方向邁進(jìn)。
測(cè)繪工程作為一項(xiàng)綜合性技術(shù),具體的測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。
無(wú)人機(jī)可以通過(guò)飛行搭載的激光雷達(dá)或攝像機(jī)獲取地表的三維信息,構(gòu)建數(shù)字地形模型(DTM)和數(shù)字表面模型(DSM)。通過(guò)激光雷達(dá)掃描地表,可以獲取地面和物體的精確高程數(shù)據(jù)。而使用攝像機(jī),可以獲取高分辨率的視覺影像數(shù)據(jù),進(jìn)而生成真實(shí)感的地形模型,提供更直觀的地理信息。圖1 是正在測(cè)量地理信息的無(wú)人機(jī)[3]。
圖1 正在測(cè)繪的無(wú)人機(jī)
圖2 無(wú)人機(jī)攝影
無(wú)人機(jī)可用于土地利用規(guī)劃和資源管理方面。通過(guò)獲取邊界分析、地類分類和土地覆蓋等數(shù)據(jù),可以評(píng)估地表的使用情況和自然資源的分布。這些信息可以幫助決策者進(jìn)行土地規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)和資源管理,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。
無(wú)人機(jī)在建筑物檢測(cè)和建筑變形分析方面有較高的應(yīng)用價(jià)值。利用激光掃描技術(shù),可以生成建筑物的三維模型,檢測(cè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)構(gòu)變形問題。同時(shí),還可進(jìn)行建筑物立面檢測(cè)和破損區(qū)域分析,為建筑維護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)[4]。
對(duì)于水域和水體的測(cè)量,無(wú)人機(jī)可以在測(cè)深、水面水質(zhì)監(jiān)測(cè)和水面漂浮物探測(cè)等方面發(fā)揮重要作用。無(wú)人機(jī)配備的多光譜相機(jī)可以檢測(cè)水體中的懸浮物、藻類等,獲取水質(zhì)信息。此外,利用無(wú)人機(jī)還可以對(duì)河流、湖泊等水域進(jìn)行測(cè)繪和水深測(cè)量,為水資源管理和水環(huán)境保護(hù)提供支持。
無(wú)人機(jī)在災(zāi)害評(píng)估和監(jiān)測(cè)方面也扮演重要角色。利用無(wú)人機(jī)高分辨率影像數(shù)據(jù),可以快速獲取受災(zāi)區(qū)域的全貌和災(zāi)害程度,提供重建計(jì)劃的參考依據(jù)。同時(shí),無(wú)人機(jī)還可以用于災(zāi)后搜救、無(wú)人機(jī)搶險(xiǎn)等行動(dòng),提高災(zāi)害應(yīng)對(duì)速度和效率。
無(wú)人機(jī)測(cè)繪工程廣泛應(yīng)用于三維建模與地形測(cè)量、土地利用規(guī)劃與資源管理、建筑物檢測(cè)與建筑變形分析、水域測(cè)量與水資源管理、災(zāi)害評(píng)估與監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。通過(guò)無(wú)人機(jī)的高效、高精度測(cè)量,可以為各行各業(yè)提供更精準(zhǔn)、更可靠的地理信息,推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展[5]。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用具有降低測(cè)繪成本的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)繪方法,采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍能夠大幅減少人力和物力投入。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量不僅減少了人員需求,還能節(jié)省設(shè)備租賃和現(xiàn)場(chǎng)工作所需的時(shí)間。此外,無(wú)人機(jī)的使用還能夠提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性,減少了測(cè)繪過(guò)程中的誤差和不確定性。通過(guò)有效降低測(cè)繪成本,無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)為各類測(cè)繪項(xiàng)目提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案[6]。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中能夠有效地拓展測(cè)量范圍。相較于傳統(tǒng)方法,無(wú)人機(jī)能夠克服地形的復(fù)雜性、遙遠(yuǎn)地域或危險(xiǎn)區(qū)域的限制。通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍獲取的圖像和數(shù)據(jù),測(cè)繪工程師可以輕松地對(duì)廣闊的地理區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,獲得高時(shí)空分辨率的測(cè)繪數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)使得對(duì)大范圍地形圖、剖面和GIS 數(shù)據(jù)采集成為可能,推動(dòng)了測(cè)繪范圍的拓展與擴(kuò)展。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)能夠顯著提高測(cè)繪工作的效率。相較傳統(tǒng)測(cè)繪方法,無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)能夠更迅速地獲取大量高分辨率圖像數(shù)據(jù),并通過(guò)自動(dòng)化的圖像處理和三維重建算法生成準(zhǔn)確的測(cè)繪產(chǎn)品。無(wú)人機(jī)的應(yīng)用能夠減少人力投入和測(cè)繪工作所需的時(shí)間,提高測(cè)繪工作的效率和準(zhǔn)確性。高效的數(shù)據(jù)獲取和處理使得測(cè)繪工程人員能夠更有效地完成測(cè)量任務(wù),提高項(xiàng)目進(jìn)度和工作效率[7]。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)傳輸和處理設(shè)備,無(wú)人機(jī)采集到的圖像和數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和處理。測(cè)繪工程人員可以通過(guò)航拍圖像和傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,迅速獲取測(cè)繪數(shù)據(jù),并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和決策。這種高效的數(shù)據(jù)傳輸能夠縮短數(shù)據(jù)獲取和處理的周期,提高測(cè)繪工作的實(shí)時(shí)性和靈活性。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用并不僅限于地表地形測(cè)量,還可以在建筑物監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,從而極大地拓寬了測(cè)繪工程的應(yīng)用領(lǐng)域。
在建筑物監(jiān)測(cè)方面,無(wú)人機(jī)可以通過(guò)航拍圖像獲取建筑物外部的信息數(shù)據(jù),如外墻狀況、結(jié)構(gòu)變形等。通過(guò)對(duì)比歷史航拍圖像和實(shí)時(shí)航拍圖像,可以進(jìn)行變形分析和損害檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決建筑物的潛在問題。這對(duì)于保持建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性具有重要意義[8]。
在城市規(guī)劃領(lǐng)域,無(wú)人機(jī)航拍圖像能夠提供高分辨率和全景視角的數(shù)據(jù),為城市規(guī)劃者提供詳細(xì)的地理信息。無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)可以快速獲取城市的地形、土地利用狀況、建筑物布局等信息,為城市設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。這有助于優(yōu)化城市發(fā)展、提升城市生活質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境。
在基礎(chǔ)設(shè)施管理方面,無(wú)人機(jī)可用于巡檢和監(jiān)測(cè)工程設(shè)施,如道路、橋梁、管道等。通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍圖像的獲取,可以對(duì)這些設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)、量化和評(píng)估,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。這有助于提高基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行效率、延長(zhǎng)使用壽命,并減少不必要的維修和支出[9]。
在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面,無(wú)人機(jī)提供高分辨率的航拍圖像,可以用于監(jiān)測(cè)自然資源、環(huán)境狀況和生態(tài)系統(tǒng)的變化。例如,通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍獲取的圖像和數(shù)據(jù)可以進(jìn)行植被覆蓋度、水體質(zhì)量和土地利用狀況的監(jiān)測(cè)和分析。這為環(huán)境管理和保護(hù)提供了重要的參考信息,有助于科學(xué)決策和可持續(xù)發(fā)展[10]。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中提升了作業(yè)的安全性和靈活性。使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍可以避免或減少人員對(duì)于危險(xiǎn)環(huán)境,如高海拔地區(qū)、懸崖峭壁等的直接進(jìn)入。通過(guò)遠(yuǎn)程操控和自動(dòng)化線路規(guī)劃,無(wú)人機(jī)能夠在遙遠(yuǎn)和難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,降低了人員的風(fēng)險(xiǎn)[11]。
此外,無(wú)人機(jī)航拍還能夠根據(jù)具體需求調(diào)整飛行路徑和航拍角度,提高了作業(yè)的靈活性和自主性。無(wú)人機(jī)可以根據(jù)需要進(jìn)行多次航拍以獲取更全面和準(zhǔn)確的圖像數(shù)據(jù)。這種靈活性使得無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在應(yīng)對(duì)復(fù)雜測(cè)繪任務(wù)和臨時(shí)需求時(shí)更加便捷和有效。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用具有降低測(cè)繪成本、拓展測(cè)量范圍、提高工作效率、實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸、拓寬應(yīng)用領(lǐng)域以及提升安全性和靈活性等諸多優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使得無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量成為一種受歡迎且廣泛應(yīng)用的測(cè)繪技術(shù)選擇,為測(cè)繪工程提供了高效、精確和經(jīng)濟(jì)的解決方案。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的擴(kuò)大,無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)將得到進(jìn)一步的提升[12]。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)近年來(lái)在測(cè)繪工程中得到了廣泛應(yīng)用,其主要通過(guò)使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍和攝影測(cè)量,為測(cè)繪工程提供了高效、精確、經(jīng)濟(jì)的解決方案。以下是對(duì)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中應(yīng)用的簡(jiǎn)述。
無(wú)人機(jī)搭載高分辨率攝像機(jī)和多臺(tái)傳感器進(jìn)行航拍,可以獲取地面的高分辨率影像和三維坐標(biāo)信息,并將這些航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到具有真實(shí)紋理和幾何形狀的三維模型。這些模型可以用于土地開發(fā)規(guī)劃、城市規(guī)劃、景觀設(shè)計(jì)等領(lǐng)域,提供直觀的可視化結(jié)果,幫助決策者和設(shè)計(jì)師進(jìn)行規(guī)劃和決策。圖 2 為測(cè)繪用無(wú)人機(jī)攝影。
開展工程需要得到詳細(xì)的地理信息,而傳統(tǒng)人工前往施工場(chǎng)地測(cè)量的方式效率較低,所得結(jié)果難以驗(yàn)證,甚至存在一定危險(xiǎn)系數(shù),可能會(huì)對(duì)威脅測(cè)量人員的生命安全。通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行航拍,可以獲取大量的影像數(shù)據(jù);通過(guò)結(jié)合測(cè)量控制點(diǎn),可以精確測(cè)量地面點(diǎn)的坐標(biāo),從而進(jìn)行量塊的計(jì)算。相比傳統(tǒng)的測(cè)量方法,無(wú)人機(jī)航拍可以大大縮短測(cè)量時(shí)間,并提高測(cè)量精度,減少了人力和物力的投入。
通過(guò)定期對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行航拍并獲取影像,可以對(duì)地表進(jìn)行多時(shí)相比對(duì),準(zhǔn)確測(cè)量地表的沉降、隆起、位移等變化情況。這在土地沉降、巖土工程、地質(zhì)災(zāi)害等領(lǐng)域具有重要意義,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患,為防災(zāi)減害提供科學(xué)依據(jù)。
通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍獲取影像數(shù)據(jù),結(jié)合遙感技術(shù)和圖像處理算法,可以對(duì)森林、農(nóng)田等進(jìn)行精確測(cè)量和評(píng)估。那些難以到達(dá)的地區(qū),可以通過(guò)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋,極大提高了測(cè)量和監(jiān)測(cè)的效率。
由于無(wú)人機(jī)的飛行較為靈活,因此拍攝靈活性非常高,使用者可以銅鼓哦無(wú)人機(jī)獲取更加全面、多角度的攝影結(jié)果,再加上計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)處理與視覺處理技術(shù),就能夠通過(guò)三位建模,將文化遺產(chǎn)復(fù)刻進(jìn)電腦,或進(jìn)行數(shù)字化修復(fù),這一方面為文物傳承提供了渠道,也為后續(xù)研究提供了更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)與資源。
在城市更新項(xiàng)目中,無(wú)人機(jī)航拍可以提供詳細(xì)的影像數(shù)據(jù)和信息,幫助規(guī)劃師和決策者識(shí)別潛在的用地問題和開發(fā)機(jī)會(huì)。通過(guò)獲取的影像數(shù)據(jù),可以進(jìn)行土地利用類型分類分析,評(píng)估城市土地的利用率和使用效率,并用于規(guī)劃城市更新的區(qū)域。這有助于提高城市土地資源的合理利用,并推動(dòng)城市的可持續(xù)發(fā)展。
通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍管道和線路的影像,可以檢查其表面狀況、發(fā)現(xiàn)潛在的腐蝕、損壞和泄漏等問題,提前預(yù)防或修復(fù)。相比傳統(tǒng)的人工巡檢,無(wú)人機(jī)航拍可以在短時(shí)間內(nèi)完成大面積的監(jiān)測(cè),提高監(jiān)測(cè)效率,降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)拓寬了測(cè)繪工程的應(yīng)用領(lǐng)域,如建筑物監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)等。這為相關(guān)領(lǐng)域的決策制定者和規(guī)劃者提供了詳盡、精確的數(shù)據(jù)支持,為提升城市、基礎(chǔ)設(shè)施以及環(huán)境管理的效率和質(zhì)量做出了重要貢獻(xiàn)。然而,使用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)也需要關(guān)注相關(guān)的安全、隱私和法規(guī)問題,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和合法性。未來(lái),隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的擴(kuò)大,無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步提升,為測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新帶來(lái)更多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。綜上所述,無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)作為一種現(xiàn)代化的測(cè)繪工具,其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在測(cè)繪工程中得到了充分展示。充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì),將為測(cè)繪工程帶來(lái)更高效、精確和經(jīng)濟(jì)的解決方案,進(jìn)一步推動(dòng)測(cè)繪行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。