吳姝君

（包頭市測(cè)繪地理信息研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

我國(guó)城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。而在社會(huì)建構(gòu)的過(guò)程中，對(duì)土地資源的保護(hù)就顯得尤為重要。因此，在新的社會(huì)發(fā)展格局下，更要強(qiáng)化對(duì)土地資源的有效利用，從而保證我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。采用無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)，既可提高測(cè)繪精度，又可有效減輕測(cè)繪工作量，節(jié)省人力資源?？梢哉f(shuō)，在地形圖制圖學(xué)中，強(qiáng)化無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的運(yùn)用，不但可以提高城市的現(xiàn)代化建設(shè)水平，而且可以整體帶動(dòng)整個(gè)城市的發(fā)展。

1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)原理及特點(diǎn)

“隨著現(xiàn)代社會(huì)科技水平的不斷提高，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的發(fā)展使得傳統(tǒng)的航拍技術(shù)得到了極大的改善。”[1]在該技術(shù)的運(yùn)用過(guò)程中，通過(guò)將航拍設(shè)備安裝到無(wú)人機(jī)上，可以對(duì)地面進(jìn)行連續(xù)拍攝，而專(zhuān)業(yè)的操作員則可以通過(guò)對(duì)地面控制點(diǎn)的測(cè)繪來(lái)完成對(duì)地面的測(cè)繪。

1.1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的原理

在無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量工作中，測(cè)量技術(shù)的工作原理為：在進(jìn)行測(cè)量之前，根據(jù)不同的具體情況，確定最優(yōu)的飛行路徑，確定起始點(diǎn)和落點(diǎn)，然后對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行分配。根據(jù)每一項(xiàng)任務(wù)的具體內(nèi)容，盡可能地簡(jiǎn)化路線(xiàn)，保證無(wú)人機(jī)的使用成本最低，同時(shí)還能將需要的視頻和數(shù)據(jù)采集下來(lái)。在對(duì)這一次的工作任務(wù)有了一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)和探討之后，就可以挑選出一種適合自己的無(wú)人機(jī)，然后按照需要的攝像機(jī)數(shù)量和結(jié)構(gòu)來(lái)挑選一種適合自己的平臺(tái)，然后按照無(wú)人機(jī)的實(shí)際情況，來(lái)挑選適合自己的攝像機(jī)。將合適的攝像機(jī)安裝在無(wú)人機(jī)上，并選擇一條最簡(jiǎn)單、最合適的路徑，既能降低成本，又能將無(wú)人機(jī)在飛行中造成的傷害降到最低。

1.2 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

“無(wú)人機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就是方便，體積小，便于攜帶，有專(zhuān)門(mén)的駕駛員駕駛，可以迅速抵達(dá)目的地”[2]。正常情況下，無(wú)人機(jī)的工作并不會(huì)受到天氣的影響，但如果遇到極端惡劣的天氣，他們就得另外找個(gè)合適的日子了。而且它對(duì)著陸地點(diǎn)的要求也不高，不像普通的飛機(jī)那樣，需要一條長(zhǎng)長(zhǎng)的跑道才能起飛。起降很方便，一般都是在人跡罕至的公路、草地、空地上，用降落傘或者遙控滑翔就能完成?！盁o(wú)人機(jī)航拍測(cè)量是一種利用高精度數(shù)字相機(jī)和攝像機(jī)協(xié)同工作來(lái)高效獲取空間信息的方法，具有高效率、高速度、高靈活性、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的實(shí)時(shí)、精確采集，對(duì)人力、物力等資源的需求非常小”[3]。它具有很廣的應(yīng)用范圍，能夠到達(dá)人類(lèi)無(wú)法到達(dá)的任何地點(diǎn)，能夠高效地采集到無(wú)人之境或者是一些難度較大的地區(qū)的高清晰度的航拍圖像。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)的體積很小，而且很靈活，所以和傳統(tǒng)的攝影測(cè)量技術(shù)相比，它不需要人工控制，只要在起飛之前，事先設(shè)定好一條航線(xiàn)，就可以保證飛機(jī)的平穩(wěn)飛行，同時(shí)還可以將所拍到的一切信息都傳輸?shù)狡脚_(tái)上，整個(gè)過(guò)程都是保密的，而且不會(huì)因?yàn)橐馔舛绊懙綌?shù)據(jù)的收集。

2 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，在地形測(cè)繪中運(yùn)用，可以保證測(cè)繪成果的質(zhì)量，為測(cè)繪人員提供更為準(zhǔn)確的地形資料。無(wú)人機(jī)以其靈活、便捷的特性，可在天空中任意移動(dòng)，可從多個(gè)方位、多角度獲取地貌影像，可有效克服復(fù)雜地貌對(duì)測(cè)繪作業(yè)造成的干擾，同時(shí)搭載于無(wú)人機(jī)上的其它高科技手段也可保證采集的影像質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析。

2.1 操作簡(jiǎn)單快捷

無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主，在測(cè)量之前，只要將控制命令輸入無(wú)人機(jī)中，無(wú)人機(jī)就可以根據(jù)測(cè)量指示執(zhí)行任務(wù)，該方式簡(jiǎn)便、快速，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成大范圍的測(cè)繪。該方法相對(duì)于常規(guī)測(cè)量方式而言，不需要耗費(fèi)太多的人力物力，也不需要事先在特定地點(diǎn)設(shè)置測(cè)量設(shè)備，只需將無(wú)人機(jī)發(fā)射到測(cè)量點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)采集。一名工人就可以操縱多架無(wú)人機(jī)，一人一天就可以完成許多人一星期的測(cè)量工作。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)因?yàn)椴僮骱?jiǎn)便，在測(cè)繪產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，伴隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在逐步擴(kuò)展，在今后它將會(huì)是業(yè)界的一項(xiàng)重要的應(yīng)用。

2.2 作業(yè)成本較低

傳統(tǒng)的地形測(cè)繪方式，其費(fèi)用投入較高，尤其是人力、時(shí)間等方面。傳統(tǒng)的測(cè)繪方式是先在測(cè)區(qū)布設(shè)測(cè)量設(shè)備，再進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，受地形條件的制約，其成果的準(zhǔn)確性不高，因此，如果要獲得更快的施工進(jìn)度，就必須耗費(fèi)大量的人力物力。無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量是一種有效的手段，由于其工作地點(diǎn)多在天空，因此對(duì)其測(cè)量的因素很少，盡管惡劣天氣會(huì)對(duì)其飛行造成一定的影響，但仍可選取有利的氣象條件。在測(cè)量過(guò)程中，無(wú)人飛行器能夠迅速地調(diào)整觀(guān)測(cè)方位，對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行多組影像采集，并對(duì)采集到的影像進(jìn)行分析，從而確定地貌特征。通常一個(gè)工作人員可以操縱多個(gè)或數(shù)十個(gè)無(wú)人機(jī)來(lái)完成拍攝，這樣既節(jié)約了人力，又保證了拍攝的效率。

2.3 拍攝精度較高

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量已經(jīng)比較成熟，利用無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量可以得到更高的測(cè)量精度。同時(shí)，該系統(tǒng)還采用了各種先進(jìn)的攝影、定位技術(shù)，使得該方法得到的數(shù)據(jù)誤差很小。對(duì)現(xiàn)代測(cè)繪產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，測(cè)繪精度是衡量其競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要指標(biāo)，高精度的測(cè)繪成果代表著測(cè)繪單位的技術(shù)水平，因此，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在測(cè)繪企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。另外，無(wú)人飛行器探測(cè)受地形干擾少，特別是受地形遮擋的影響，在空中進(jìn)行探測(cè)可以得到廣闊的視角，大大提高了測(cè)繪效率，縮短了測(cè)繪工作的周期。“隨著測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)航拍的速度也會(huì)越來(lái)越快，這將給測(cè)繪業(yè)帶來(lái)一次技術(shù)上的變革”[4]。

3 地形圖測(cè)繪期間無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 無(wú)人機(jī)像控點(diǎn)布設(shè)

無(wú)人機(jī)航拍的精度常常受航拍點(diǎn)布設(shè)方式的影響，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，必須加強(qiáng)對(duì)航拍點(diǎn)的合理布設(shè)。在進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝時(shí)，要遵循如下幾個(gè)原則：一是要把像點(diǎn)布置在地面上容易辨認(rèn)的地方，例如十字路口交叉、斑馬線(xiàn)等。但有些路標(biāo)并沒(méi)有被用來(lái)安放，例如，沒(méi)有固定標(biāo)記物或者沒(méi)有檢測(cè)價(jià)值的標(biāo)記物。二是對(duì)影像控點(diǎn)的設(shè)置，應(yīng)盡量設(shè)置在高差不大的地方，不宜在坡度有較大變化的地方設(shè)置。三是在選擇像控點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)周邊信號(hào)的干擾，尤其要避開(kāi)高壓輸電線(xiàn)路，以減少對(duì)后續(xù)工作的不利影響。

3.2 加強(qiáng)對(duì)空中三角測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

在正式開(kāi)展測(cè)繪工作之前，工作人員還需要對(duì)具體的測(cè)繪需求進(jìn)行分析，在完成了目標(biāo)地區(qū)的信息收集之后，還需要對(duì)空間環(huán)境和測(cè)量環(huán)境進(jìn)行全方位的調(diào)查。同時(shí)，專(zhuān)家還應(yīng)根據(jù)測(cè)繪需求，建立一套合理的無(wú)人飛行器的飛行航路，使空三工作得以順利進(jìn)行。在運(yùn)用空三技術(shù)時(shí)，科技人員也要強(qiáng)化空中加密技術(shù)的運(yùn)用，按照測(cè)量需求，對(duì)空地位置進(jìn)行加密，提高相機(jī)的特異性，在測(cè)量過(guò)程中，若遇到一些特別的地形，也要精確地控制高程差，避免影響后續(xù)工作的質(zhì)量和效果。另外，在平臺(tái)的定位上，還需要進(jìn)行空三加密，在適當(dāng)運(yùn)用三角網(wǎng)的同時(shí)，要對(duì)其邊界進(jìn)行合理的規(guī)劃。由于沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的攝像機(jī)設(shè)備來(lái)支持，所以在技術(shù)操作過(guò)程中，技術(shù)人員也要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行操作，為了防止在數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生錯(cuò)誤，還需要強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)處理軟件的應(yīng)用，提高測(cè)量工作的準(zhǔn)確性。

3.3 加強(qiáng)對(duì)聯(lián)測(cè)像片控制點(diǎn)的關(guān)注

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)用于地形圖的制圖，需要借助聯(lián)測(cè)影像控制點(diǎn)，即在完成了對(duì)攝影測(cè)量控制點(diǎn)的加密之后，根據(jù)所獲得的地理信息來(lái)進(jìn)行測(cè)繪。從一定意義上來(lái)說(shuō)，影像的精度會(huì)被影像控制點(diǎn)所影響，因此，在具體的制圖工作中，工作人員也必須嚴(yán)格地根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定像片控制點(diǎn)的位置。在這段時(shí)間里，工作人員必須把控制點(diǎn)的誤差保持在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，從而減少其它在使用過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題。在技術(shù)作業(yè)中，在精確控制基準(zhǔn)線(xiàn)的同時(shí)，還要結(jié)合測(cè)繪比例尺特征，對(duì)基準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，根據(jù)全國(guó)基本控制點(diǎn)的不同需求，進(jìn)行GPS 技術(shù)的應(yīng)用與數(shù)據(jù)測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)在水平與豎向交會(huì)處的基線(xiàn)控制。然而，這種方法更適用于平坦的土地，并且在使用GPS 技術(shù)進(jìn)行像片控制點(diǎn)的時(shí)候，工作人員必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的檢測(cè)，以減少工作人員的工作量。

3.4 加強(qiáng)對(duì)數(shù)字線(xiàn)劃圖技術(shù)的應(yīng)用

在運(yùn)用數(shù)字線(xiàn)繪圖技術(shù)的過(guò)程中，工作人員也要借助全數(shù)碼攝影測(cè)量工作站的協(xié)助，進(jìn)行繪圖分析，并借助軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的格式調(diào)整。為了確保測(cè)繪工作的高效進(jìn)行，工作人員應(yīng)在工作過(guò)程中嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)模型，對(duì)工作方向進(jìn)行調(diào)整，尤其要關(guān)注的是，數(shù)據(jù)結(jié)果可能會(huì)受人為干擾，因此，在工作和技術(shù)操作過(guò)程中，要盡量提高影像數(shù)據(jù)的精度，防止人為造成的不利影響。換句話(huà)說(shuō)，只有充分利用測(cè)繪工作者的專(zhuān)業(yè)能力，在保證數(shù)據(jù)精度的前提下，不斷完善已有工作中存在的問(wèn)題，為測(cè)繪工作提供更精確、更完備的信息數(shù)據(jù)支撐。

3.5 DOM 工藝技術(shù)的應(yīng)用

所謂DOM 技術(shù)，是指對(duì)照片或數(shù)據(jù)信息進(jìn)行二次加工，在實(shí)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中，可以對(duì)偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行校正管理，并根據(jù)系統(tǒng)的操作要求，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行馬賽克處理，從而提高圖像信息的總體清晰度和準(zhǔn)確性。在測(cè)繪工作的實(shí)施與運(yùn)行過(guò)程中，為了充分利用DOM 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)還需要對(duì)影像信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的整理研究，以保證在測(cè)繪過(guò)程中獲得更多、更高價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。

3.6 誤差糾正技術(shù)

在地形圖制圖中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些誤差，而用有關(guān)的方法來(lái)修正這些誤差是十分重要的。在自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，相機(jī)鏡頭內(nèi)的光會(huì)發(fā)生折射、反射，從而產(chǎn)生一些誤差。在資料處理方面，可以利用射線(xiàn)在傳輸時(shí)的路徑改變特征來(lái)處理資料，以達(dá)到校正資料的目標(biāo)。錯(cuò)誤修正技術(shù)是通過(guò)建立一種數(shù)學(xué)模型，把公共數(shù)據(jù)錯(cuò)誤納入模型中，并針對(duì)這些錯(cuò)誤特征選取相應(yīng)的處理方式，保證了錯(cuò)誤的準(zhǔn)確性。除此之外，它還配備有一套校正誤差的功能，比如當(dāng)無(wú)人機(jī)飛行到某一高度時(shí)，由于大氣中有水分，會(huì)使光線(xiàn)發(fā)生折射、散射、反射等現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)收到這些光線(xiàn)信息后，可以依據(jù)這些光線(xiàn)的變化特征來(lái)修正數(shù)據(jù)，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展展望

無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)比較成熟，但隨著科技的發(fā)展，會(huì)有更多的新技術(shù)被運(yùn)用到無(wú)人機(jī)上。隨著無(wú)人值守航測(cè)工作的智能化水平不斷提高，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)操控，一名技術(shù)員可操控成百上千臺(tái)無(wú)人機(jī)完成測(cè)繪任務(wù)，大幅減少企業(yè)在地面測(cè)繪方面的投資。在今后的發(fā)展中，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)將向更高的智能化、更高的精度方向發(fā)展，為我國(guó)的測(cè)繪業(yè)提供更好的服務(wù)。

4.1 智能程度更高

“讓無(wú)人飛行器具有人類(lèi)智能是業(yè)界研究者們長(zhǎng)期致力的目標(biāo)，因?yàn)樗梢愿臁⒏_地完成各種任務(wù)”[5]。從智能發(fā)展的角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)算法的升級(jí)是至關(guān)重要的，尤其是對(duì)測(cè)量流程處理的算法，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不僅要按照測(cè)量流程來(lái)進(jìn)行測(cè)量，還要在發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，從而提高測(cè)量工作的質(zhì)量。高智商讓它能適應(yīng)更復(fù)雜的工作環(huán)境，而地形測(cè)繪則可以由它來(lái)完成。另外，無(wú)人機(jī)還可以在不需要測(cè)量人員的情況下，自行選取最優(yōu)的測(cè)量高度、角度來(lái)確定當(dāng)前的區(qū)域。

4.2 測(cè)量精度更高

測(cè)量精度是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題，在許多行業(yè)中，提高測(cè)量精度可以節(jié)約大量的資金。在地形測(cè)繪中，提高測(cè)量精度有利于人們對(duì)地形的認(rèn)識(shí)，其提高主要體現(xiàn)在：地形區(qū)域與邊界區(qū)域的數(shù)據(jù)誤差減小，以及地形所處的空間坐標(biāo)更為精確。同時(shí)，無(wú)人機(jī)還可以在高空?qǐng)?zhí)行任務(wù)，由于拍照精度的提高，其優(yōu)點(diǎn)是可以獲取更多的視角和更全面的地形信息，而如果要獲取更準(zhǔn)確的地理信息，則可以將拍攝的高度調(diào)低。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在地形圖測(cè)圖工作中，有效運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，不但可以提高地形圖的精度，而且可以極大地減輕工作人員的工作量，提高地形圖的制圖實(shí)效性。因此，在未來(lái)的工作中，有關(guān)部門(mén)更應(yīng)加大對(duì)無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的研究與探討，在提高測(cè)繪工作品質(zhì)與水平的大環(huán)境下，促進(jìn)我國(guó)測(cè)繪業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。