唐勇

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，無人機(jī)測繪技術(shù)成為現(xiàn)代化城市發(fā)展中必不可少的一項(xiàng)技術(shù)，其在城市測量服務(wù)中起到至關(guān)重要的作用。無人機(jī)技術(shù)以靈活性強(qiáng)、操作簡便等獨(dú)特優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于測繪領(lǐng)域，為我國的測繪工作帶來極大便捷。下面將從無人機(jī)相關(guān)概述入手，分析無人機(jī)在測繪工程中的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)，探究無人機(jī)技術(shù)在城市測繪中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù)；城市測繪；測繪工程

一、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)更加成熟。其主要通過使用無線電設(shè)備對無人機(jī)進(jìn)行操作，促使無人機(jī)代替人工完成一系列航拍、測試工作，在減輕人工成本的同時(shí)，提高測繪工作的質(zhì)量和效率。測繪工程主要是對地形圖完成測量和繪制工作，對測量領(lǐng)域的表面地物、地形水平以及具體位置等進(jìn)行測定，并且按照一定的比例縮小，使用標(biāo)記符號完成地圖繪制。在測繪工程中，使用傳統(tǒng)的測量技術(shù)難以滿足現(xiàn)代化發(fā)展對地圖精度的要求，使用無人機(jī)技術(shù)能夠促使測繪精度更高、操作更方便、測量面積更廣，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，并且在技術(shù)研究更加深入的背景下，無人機(jī)技術(shù)未來在城市測繪中勢必會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。

二、無人機(jī)相關(guān)概述

（一）無人機(jī)原理

無人機(jī)是通過無線電遙控進(jìn)行操作和控制系統(tǒng)的不載人飛行器，無人機(jī)技術(shù)中包含多種現(xiàn)代化技術(shù)，其中有遙感技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、定位技術(shù)等，其集中多種先進(jìn)技術(shù)于一體實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、便捷化獲取數(shù)據(jù)信息。并且在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)不斷完善的背景下，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大，其自身以靈活性強(qiáng)、效率高、質(zhì)量優(yōu)等優(yōu)勢成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。改革開放以后，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、區(qū)域地貌、城市建設(shè)等發(fā)生巨大的變化，傳統(tǒng)的城市測繪技術(shù)已經(jīng)難以滿足城市化發(fā)展的需要，與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求不適應(yīng)，但是無人機(jī)技術(shù)能夠彌補(bǔ)城市測繪的要求，為城市建設(shè)提供便捷。因此，無人機(jī)技術(shù)在城市測繪中的應(yīng)用進(jìn)一步夯實(shí)[1]。

（二）無人機(jī)遙感技術(shù)的分類

無人機(jī)的類型主要分為固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)、無人飛艇四種類型，固定翼無人機(jī)采用的是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其具有拆卸便捷、噪聲干擾小、隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)勢；無人直升機(jī)的優(yōu)勢是垂直起降、懸停、能夠?yàn)楣こ虦y繪提供較多便捷；多旋翼無人機(jī)能夠同時(shí)擁有多個(gè)推進(jìn)器，并且能夠?qū)崿F(xiàn)空中懸停；無人飛艇主要是通過控制空氣浮力實(shí)現(xiàn)飛行，使用范圍較廣。在國土規(guī)劃中需要精確度更高的數(shù)據(jù)，我國的國土面積較大，傳統(tǒng)的測量技術(shù)需要耗費(fèi)大量的人力、物力，并且數(shù)據(jù)的精確度難以滿足實(shí)際要求，將無人機(jī)應(yīng)用其中，采用數(shù)字傳感器、無人機(jī)遙感平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、定位導(dǎo)航系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)大面積的測量，促使數(shù)據(jù)時(shí)效性更高，工作效率更高[2]。

（三）無人機(jī)測繪技術(shù)的特點(diǎn)

1.穩(wěn)定性強(qiáng)

無人機(jī)測繪技術(shù)的精度范圍在0.1米至0.5米之內(nèi)，能夠滿足數(shù)字地形測量的要求，其能夠在前期根據(jù)航拍計(jì)劃制定飛行計(jì)劃，包括飛行路線和航拍點(diǎn)設(shè)置等，還能在航拍過程中將拍攝到的畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)性、清晰化傳輸，并且能夠動(dòng)態(tài)更新拍攝點(diǎn)方位、機(jī)位、輻射范圍、飛行方向、經(jīng)緯度等多樣化的內(nèi)容，待飛行計(jì)劃完成后，能夠在電子操作系統(tǒng)中查看飛行軌跡，系統(tǒng)能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化存儲(chǔ)，便于后期檢查，及時(shí)找出需要優(yōu)化的部分（如圖1所示）。無人機(jī)在拍攝過程中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，包括畫面的穩(wěn)定、數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定、性能的穩(wěn)定等[3]。

2.安全性強(qiáng)

我國的國土面積較大，地形較為復(fù)雜，部分地區(qū)的氣候條件較為復(fù)雜，所以測繪工作極易受到極端氣候的影響和復(fù)雜地形地貌的影響，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的測量技術(shù)難以勝任該工作的要求。無人機(jī)測繪技術(shù)能夠有效解決以上問題，其不受地形地貌的影響、不受氣候條件的影響，所測數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、安全性和精確性。

3.性價(jià)比高

測繪工程通常規(guī)模較大，并且在地形地貌、天氣等多種因素的影響下，想要完成高質(zhì)量的信息數(shù)據(jù)采集，需要投入大量的成本，但是在測繪工程中使用無人機(jī)技術(shù)能夠滿足低成本、高質(zhì)量的要求，并且其采用低空飛行，受極端天氣的影響較小，無人機(jī)自身的安全性極高，方便拆卸、組裝，可重復(fù)使用。

三、無人機(jī)在測繪工程中的應(yīng)用范圍

（一）土地確權(quán)

土地確權(quán)工作是我國土地管理中的重要工作內(nèi)容，傳統(tǒng)的土地確權(quán)測量工作是通過地面工程測量實(shí)測方式繪制地形圖或者通過傳統(tǒng)載人飛機(jī)航測地形圖。但是，傳統(tǒng)的測量方式需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力，并且測量的精確度無法保證。和傳統(tǒng)方式相比，利用無人機(jī)進(jìn)行航空攝影測量具有性價(jià)比高、操作便捷、自動(dòng)化程度高、精確度高、智能化程度高等多種優(yōu)勢[4]。將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)村土地登記確權(quán)發(fā)證過程中能夠?yàn)檫@項(xiàng)工作帶來巨大便捷。其主要是運(yùn)用航空攝影建模的形式對土地?cái)?shù)據(jù)信息采集，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)、圖像等建立高清三維模型，繪制精確的地形圖，促使土地確權(quán)工作順利開展。

（二）堆體測量

目前，我國對于堆體測量方式的選擇依然停留在傳統(tǒng)設(shè)備層面，例如全站儀、GPS等，這些方式和傳統(tǒng)的人工測量相比已經(jīng)有很大的進(jìn)步，但是無人機(jī)測量技術(shù)為堆體測量帶來更大的便捷，操作人員可以在實(shí)際測量前對測量路線、測量范圍等進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)在空白區(qū)域設(shè)置自動(dòng)收集數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集完成后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的分析，生成立體三維數(shù)據(jù)模型，模型能夠?qū)Χ洋w的體積、空間距離進(jìn)行測量，甚至能夠完成不規(guī)則面積的測量，并且測量精確度較高，能夠?yàn)楣こ桃?guī)劃和后期建設(shè)提供可靠數(shù)據(jù)支撐[5]。

（三）路橋工程檢測

路橋工程中涉及很多復(fù)雜的測量內(nèi)容，例如隧道測量，實(shí)際工作難度較大，只有深入隧道內(nèi)部測量才能獲得精確的數(shù)據(jù)信息，這種測量方式會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力，并且會(huì)增加工作量，還極易導(dǎo)致出現(xiàn)檢測盲區(qū)，嚴(yán)重影響工程整體質(zhì)量。但是在該項(xiàng)工作中采用無人機(jī)測量技術(shù)，利用無人機(jī)搭載高清攝像機(jī)和雷達(dá)檢測設(shè)備，不僅能夠?qū)λ淼肋M(jìn)行全面精細(xì)化的檢測，還能將收集到的數(shù)據(jù)集中在一起，自動(dòng)生成三維模型，同時(shí)將模型實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)備份，以便于隨時(shí)調(diào)取。這種測量方式在保證測量數(shù)據(jù)精確性的同時(shí)，還給工作人員爭取了更多的時(shí)間和精力在專業(yè)技術(shù)方面更多投入[6]。路橋工程通常工程量較大、施工難度較高，在實(shí)際施工過程中最重要且最關(guān)鍵的就是獲取清晰、全面的圖像、文件資料，這對工程的開展有積極的促進(jìn)意義，能夠?yàn)楹笃诠こ痰膶?shí)施提供強(qiáng)有力支撐。無人機(jī)不僅能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，同時(shí)利用三維建模軟件對工程量進(jìn)行預(yù)估，便于工程隊(duì)能夠根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境進(jìn)行模擬，從中發(fā)現(xiàn)問題，探究應(yīng)對措施，促使工程順利進(jìn)行。

（四）文物考古

歷史文物是人類在發(fā)展過程中遺留下來的寶貴文化遺產(chǎn)，將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在文物保護(hù)方面，也能取得卓越的成效，與傳統(tǒng)的測量方式相比，無人機(jī)測量更加精準(zhǔn)，可以避免和文物直接接觸，降低對文物的損害概率，真正起到保護(hù)文物的效果。例如在對大型古跡村落進(jìn)行測量時(shí)，由于面積較大，實(shí)際測量難度較大，因此可以利用直升機(jī)進(jìn)行測量，不僅效率高，而且能夠根據(jù)收集的數(shù)據(jù)建立三維模型，有助于后期實(shí)現(xiàn)情景再現(xiàn)。系統(tǒng)能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高精度和永久的保存，還可以實(shí)現(xiàn)文物模擬，供參觀游覽[7]。無人機(jī)技術(shù)還能運(yùn)用在考古領(lǐng)域，其能夠通過高速激光測量快速、精確、全面地獲取物體具體信息，減少對文物的損傷。

（五）城市規(guī)劃管理

城市規(guī)劃地形圖是城市建設(shè)、規(guī)劃管理、國土資源管理等工作開展的基礎(chǔ)地理信息資料，對城市規(guī)劃建設(shè)、交通管理、社會(huì)與公眾服務(wù)等眾多領(lǐng)域的發(fā)展都有關(guān)鍵性作用，因此，城市規(guī)劃對基本地形圖的準(zhǔn)確性有較高要求。無人機(jī)技術(shù)是城市管理規(guī)劃測繪的優(yōu)化方向和改革路徑，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐漸向大比例尺地形圖航空測量方向發(fā)展，其能夠在最短時(shí)間內(nèi)獲取高質(zhì)量、高精度、高分辨率的影像數(shù)據(jù)，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工測量技術(shù)的不足[8]。

（六）環(huán)境監(jiān)測

無人機(jī)技術(shù)能夠高效、快速獲取高分辨率航空影像，這項(xiàng)技術(shù)能夠及時(shí)對環(huán)境污染情況進(jìn)行監(jiān)測，特別是在污水排放領(lǐng)域。除此之外，海洋監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、濕地監(jiān)測、固體污染物監(jiān)測、植被生態(tài)等方面都可以利用無人機(jī)技術(shù)實(shí)施。在陸地上，遙感無人機(jī)可應(yīng)用于險(xiǎn)情監(jiān)測，無人機(jī)可根據(jù)地形地貌、河流水勢確定航線，并進(jìn)行險(xiǎn)情應(yīng)急監(jiān)測、灘區(qū)洪水災(zāi)害監(jiān)測、水污染等突發(fā)事件。無人機(jī)技術(shù)最早就是用在應(yīng)急搶險(xiǎn)方面的，隨著該技術(shù)的優(yōu)化，未來在搶險(xiǎn)救災(zāi)方面會(huì)有更大的價(jià)值。

四、無人機(jī)技術(shù)在城市測繪中的具體應(yīng)用

（一）無人機(jī)技術(shù)在城市測繪中的應(yīng)用要點(diǎn)

1.獲取測繪影像資料

在使用無人機(jī)測量時(shí)，對測繪人員的技術(shù)要求較高，要求測繪人員對所測量地區(qū)的地形地貌等信息有基本了解，需要在實(shí)際測量前做好現(xiàn)場勘查工作，根據(jù)現(xiàn)場勘查的情況制定無人機(jī)飛行路線，充分確保飛行路線的合理性，在規(guī)劃飛行路線結(jié)束后可以先進(jìn)行試飛，對試飛中的不足和有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試、優(yōu)化，確保試飛成功無誤后，正式投入測量。在無人機(jī)獲取數(shù)據(jù)信息后，應(yīng)該利用無人機(jī)拍攝圖片信息并且使用三維影像技術(shù)實(shí)現(xiàn)立體模型構(gòu)建，促使更加清晰、立體地呈現(xiàn)所測量區(qū)域圖像[9]。為了促使無人機(jī)的測量作用發(fā)揮到最大，可以對無人機(jī)進(jìn)行操作，促使其能夠?qū)崿F(xiàn)多角度拍攝。完成圖像拍攝后需要對拍攝的圖片進(jìn)行分析，觀察成像距離、光照等，以便后期對圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2.測量惡劣環(huán)境

測繪工程很多時(shí)候都會(huì)遇見地理特征復(fù)雜、環(huán)境氣候惡劣的情況，倘若依然采用傳統(tǒng)的測量技術(shù)，將難以完成測繪工作，對于數(shù)據(jù)的有效性也無法保障，因此，可以利用無人機(jī)進(jìn)行測量。無人機(jī)采用的是低空飛行模式，對所測量區(qū)域進(jìn)行全方位航拍，同時(shí)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)分析，為后期工程建設(shè)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，促使測繪工作順利完成[10]。僅靠這些是不夠的，還應(yīng)該加大對現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的價(jià)值，利用智能化分析系統(tǒng)對無人機(jī)航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有效提高測繪效率，并且保障測繪人員的安全。

3.采集數(shù)據(jù)

在利用無人機(jī)進(jìn)行工程測繪過程中，首先需要保證圖像識別中的節(jié)點(diǎn)和主機(jī)間能夠進(jìn)行高效通信，并且借助圖像識別技術(shù)優(yōu)勢促進(jìn)數(shù)據(jù)的采集和聚合，圖像識別技術(shù)能夠促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享和加工，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要在圖像識別要求的基礎(chǔ)上，促使數(shù)據(jù)的時(shí)效性得到提高，需要快速、有效地采集和傳輸數(shù)據(jù)，便于及時(shí)定位設(shè)備的工作狀態(tài)。測繪工程中利用無人機(jī)采集數(shù)據(jù)可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)，分別是自動(dòng)加密采集（通過無人機(jī)設(shè)備的內(nèi)部系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的保存，并且利用加密技術(shù)對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，降低數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，只有內(nèi)部人員或者擁有權(quán)限的人員才能成功讀取所獲得的數(shù)據(jù)，充分提高數(shù)據(jù)的安全性）、手動(dòng)采集法（通過操作人員遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)測繪的目的和要求進(jìn)行測量，從而獲得數(shù)據(jù)信息）。

4.處理測量數(shù)據(jù)

和傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，無人機(jī)技術(shù)處理測量數(shù)據(jù)的效果更好、效率更高，并且能夠保障所測量數(shù)據(jù)的精確度，通過大量的實(shí)踐表明，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果良好。例如，在礦山測量時(shí)，可以使用無人機(jī)進(jìn)行測量，在保證測量數(shù)據(jù)完整性的同時(shí)能夠?yàn)楹笃诘拈_采工作奠定基礎(chǔ)，利用所獲取的數(shù)據(jù)信息幫助開采工作順利開展。值得注意的是，不管將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在哪個(gè)領(lǐng)域都應(yīng)該控制無人機(jī)的速度，掌握好測量范圍的生態(tài)狀況，并且在完成采集后的第一時(shí)間將信息反饋給專業(yè)人員，便于及時(shí)制定工程實(shí)施方案。現(xiàn)階段，大部分無人機(jī)測繪中使用CCD作為感光部位，利用必要的加固裝置以及電力改裝，促使其能夠當(dāng)做穩(wěn)定性較強(qiáng)的數(shù)碼相機(jī)使用。但是感光單位也存在一定的畸變問題，導(dǎo)致攝像功能存在誤差，為了有效解決這一問題，可以使用高性能、適應(yīng)無人機(jī)拍攝的相機(jī)，加強(qiáng)對相關(guān)功能的優(yōu)化，促使其性能更加穩(wěn)定。

（二）無人機(jī)技術(shù)在城市測繪中的應(yīng)用途徑

1.無人機(jī)像控點(diǎn)布設(shè)

布點(diǎn)是進(jìn)行無人機(jī)測繪工作需要完成的基礎(chǔ)內(nèi)容，布點(diǎn)涵蓋控制點(diǎn)的測量和拍攝線路的布置。控制點(diǎn)測量和拍攝線路布置是保障航線科學(xué)性的重要內(nèi)容，只有確保航線合理，才能促使形成的數(shù)據(jù)信息更加真實(shí)有效。在部分測繪工作中，為了促使測繪質(zhì)量更高，會(huì)進(jìn)行選擇性、針對性測量，充分保障網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一和配合科學(xué)，促使數(shù)據(jù)傳輸效果更佳。也可以利用流動(dòng)站進(jìn)行參數(shù)測量。在具體應(yīng)用時(shí)，需要提前將無人機(jī)的設(shè)置工作完成[11]。

2.空中三角測量

一般情況下，在使用無人機(jī)測量的過程中會(huì)使用三腳架進(jìn)行固定，步驟如下：首先利用空中加密測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對性的位置加密設(shè)置，可以設(shè)置攝像范圍，測量過程中設(shè)置加密距離，以便于系統(tǒng)能夠在面對復(fù)雜地形和惡劣氣候環(huán)境時(shí)也能科學(xué)處理。其次是設(shè)置三角加密點(diǎn)，在應(yīng)用過程中，需要完成空中三角加密點(diǎn)的數(shù)據(jù)測量。在整個(gè)測量過程中，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況以及區(qū)域條件對測量儀器進(jìn)行調(diào)整，但這并不代表可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的操作，需要在實(shí)際測量前進(jìn)行人工設(shè)置，確保不同連接點(diǎn)更加符合地形測繪的要求。

3.無人機(jī)補(bǔ)測操作

無人機(jī)地形測繪需要根據(jù)設(shè)置的測量點(diǎn)進(jìn)行操作，可以采用補(bǔ)測的方式實(shí)現(xiàn)，待實(shí)際測量區(qū)域范圍和位置確定后，通過多種技術(shù)對內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)的測量和規(guī)劃，對于少部分存在測量盲區(qū)的區(qū)域需要采用補(bǔ)測的方式滿足數(shù)據(jù)獲取需求。對于這部分的測量可以使用數(shù)據(jù)資料進(jìn)行補(bǔ)充，也可以使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，充分保障測量結(jié)果的精確性。一旦出現(xiàn)遺漏或者測量數(shù)據(jù)存在疑問的區(qū)域，則需要對這部分區(qū)域重新測量，不僅能夠保證測繪整體質(zhì)量，還能有效避免大規(guī)模遺漏，解決人工測繪所需時(shí)間較長的問題[12]。但是利用無人機(jī)測量也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以在實(shí)際測量中需要人工輔助，對無人機(jī)測繪技術(shù)的流程和內(nèi)容進(jìn)行控制，降低數(shù)據(jù)精確度下降的概率。但是，過多的人工干預(yù)會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果缺乏客觀性，所以為了充分保障測繪工作的合理性應(yīng)該提前對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，盡量降低人為干預(yù)，促使測繪工作效率和質(zhì)量雙向提升。

五、結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)技術(shù)屬于新興技術(shù)，在城市測繪中起到重要作用，其使用成本較低、操作便捷、適用范圍廣，能夠滿足高強(qiáng)度、高精度的測量要求，為我國測繪工程質(zhì)量提高奠定良好基礎(chǔ)，為城市發(fā)展建設(shè)提供強(qiáng)有力的支撐，相信在未來無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加廣闊，相關(guān)功能也會(huì)得到進(jìn)一步優(yōu)化，為我國的發(fā)展建設(shè)提供更加堅(jiān)實(shí)的科學(xué)技術(shù)支撐。

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作者單位：重慶市測繪科學(xué)技術(shù)研究院

責(zé)任編輯：尚丹