程少強(qiáng)

（福建省閩西地質(zhì)大隊(duì)廈門閩礦測繪院，福建廈門 361000）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程建設(shè)前的地形測繪工作越來越重要，但是，惡劣的氣候及地形環(huán)境，給測繪工作帶來了一定的困難。地形測繪工作不但要求具有高精度，還要求更高的測繪效率，以滿足不同的氣候、地形環(huán)境下的作業(yè)。無人機(jī)航空測繪技術(shù)作為新興技術(shù)，在地形測繪工作中被大力推廣和使用，并不斷被完善，尤其在高海拔地區(qū)，無人機(jī)航空測繪技術(shù)可以高效精確地從不同角度采集地形圖像，獲取測繪工作所需的信息數(shù)據(jù)。但無人機(jī)航空測繪技術(shù)在地形測繪中的應(yīng)用還存在一些問題，因此，分析無人機(jī)航空測繪技術(shù)的特點(diǎn)，解決其在地形測繪中遇到的難題，對工程建設(shè)具有很重要的意義[1]。

1 無人機(jī)航空測繪技術(shù)的概念和優(yōu)勢

1.1 概念

無人機(jī)航空測繪技術(shù)（圖1）是一種新型的地形測繪技術(shù)，該技術(shù)主要以無人機(jī)作為飛行平臺，以先進(jìn)設(shè)備作為傳感器，運(yùn)用3S技術(shù)（地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)）對測繪數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，從而有效測繪地形。與傳統(tǒng)地形測繪技術(shù)相比，無人機(jī)航空測繪技術(shù)的應(yīng)用有靈活性高、成本低、效率高等優(yōu)勢，可以更好地滿足現(xiàn)代地形測繪的實(shí)際要求。

圖1 無人機(jī)航空測繪技術(shù)

1.2 優(yōu)勢

無人機(jī)航空測繪技術(shù)的優(yōu)勢包括：①測繪效率高。運(yùn)用無人機(jī)航空測繪技術(shù)可以明顯提升地形測繪的效率，有效處理地形測繪中遇到的相關(guān)問題，進(jìn)而提升測繪水平。②兼容性良好。在地形測繪工作中，單一的遙感技術(shù)無法確保測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而無人機(jī)航空測繪技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對多種技術(shù)的有效協(xié)同，確保相關(guān)測繪工作的高效、高質(zhì)完成。③監(jiān)測范圍大。通過無人機(jī)航空測繪技術(shù)，可以實(shí)施小規(guī)模測繪，顯著提升測繪效果。同時，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，無人機(jī)航空測繪技術(shù)水平也得到了顯著提升，監(jiān)測范圍不斷擴(kuò)大。在測繪工程中能夠針對不同范圍開展精準(zhǔn)測繪，還能實(shí)現(xiàn)三維立體測繪，從而顯著提升測繪數(shù)據(jù)的直觀性[2]。

2 無人機(jī)航空測繪技術(shù)的特點(diǎn)

無人機(jī)可以重復(fù)使用，可以攜帶電子設(shè)備，在不同條件下完成各種飛行、拍攝等任務(wù)。無人機(jī)航空測繪技術(shù)就是利用無人機(jī)搭載航空設(shè)備，通過操控?zé)o人機(jī)，從不同的角度和距離，對實(shí)景地形進(jìn)行拍攝、取像、信息收集的新型測繪技術(shù)。無人機(jī)航空測繪技術(shù)是集合無人駕駛、遙感傳感、遙測遙控、衛(wèi)星通信、全球定位、航空飛行等技術(shù)，從而對地形地貌、自然環(huán)境等進(jìn)行影像信息資料收集。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)。

2.1 靈活性高

無人機(jī)航空測繪技術(shù)與早期的航拍測繪技術(shù)相比，具有較高的靈活性。首先，無人機(jī)體積較小、重量較輕，易于操控，而且飛行速度也不慢；其次，無人機(jī)對飛行條件的要求較低，不需要專門的跑道、塔臺等設(shè)施，可以在任何地形直接起飛執(zhí)行任務(wù)；最后，無人機(jī)可在任何惡劣環(huán)境下進(jìn)行測繪工作，無人機(jī)在執(zhí)行作業(yè)時，地形地貌和自然環(huán)境對無人機(jī)的影響較小，即使在雨雪、霧霾等惡劣天氣中，無人機(jī)也能高效精準(zhǔn)地執(zhí)行測繪任務(wù)。

2.2 測繪效率高

在執(zhí)行測繪工作的過程中，監(jiān)測效率是一項(xiàng)重要的任務(wù)，如果在執(zhí)行作業(yè)的過程中發(fā)生突發(fā)情況，導(dǎo)致監(jiān)測效率低下，會給測繪作業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，延誤工程進(jìn)度。而無人機(jī)航空測繪技術(shù)有很高的監(jiān)測效率，工作人員通過該技術(shù)實(shí)時反饋的數(shù)據(jù)信息，及時調(diào)整測繪方式，高效、準(zhǔn)確、快速地處理突發(fā)事件，從而減少不必要的損失。

2.3 監(jiān)測范圍大

無人機(jī)航空測繪技術(shù)在監(jiān)測范圍上有很大的伸縮性，在執(zhí)行作業(yè)時，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整無人機(jī)的飛行高度，調(diào)節(jié)監(jiān)測范圍。與早期測繪技術(shù)相比，無人機(jī)航空測繪技術(shù)的監(jiān)測范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)大，而且可以精確地完成監(jiān)測任務(wù)（圖2）。

圖2 大比例測量

2.4 信息處理速度快

利用無人機(jī)航空測繪技術(shù)采集所需要的測繪影像數(shù)據(jù)后，會及時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⑻幚硐到y(tǒng)，然后信息處理系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，極大地加快了信息處理速度，提升整體測繪的工作效率。與衛(wèi)星

信息處理相比，無人機(jī)航空測繪技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超低空飛行作業(yè)，獲取高分辨率影像資料和高度差、水平差等精確數(shù)據(jù)，為工作人員提供精確的數(shù)據(jù)，有效保障測繪工作的質(zhì)量。

3 無人機(jī)航空測繪技術(shù)的使用流程

3.1 前期準(zhǔn)備階段

使用無人機(jī)航空測繪技術(shù)繪制地形圖之前需要進(jìn)行準(zhǔn)備工作。首先，觀察所測區(qū)域的氣候環(huán)境及地形地質(zhì)情況，并對周圍環(huán)境進(jìn)行勘查，根據(jù)這些資料選擇合適的無人機(jī)機(jī)型，再對無人機(jī)的飛行航線進(jìn)行規(guī)劃。其次，在對測繪區(qū)域進(jìn)行勘測時需要有專業(yè)知識豐富的專家同行，派遣經(jīng)驗(yàn)豐富且技術(shù)純熟的無人機(jī)操控人員進(jìn)行測繪，并確定航攝測繪區(qū)域的基準(zhǔn)面情況，分析無人機(jī)航空測繪過程中的復(fù)雜情況和困難程度，對航攝區(qū)域的坐標(biāo)范圍進(jìn)行核查，以此保證無人機(jī)順利作業(yè)。最后，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果確定無人機(jī)的起飛及降落區(qū)域，同時在前期準(zhǔn)備階段還需要對無人機(jī)的硬件設(shè)備進(jìn)行檢查，主要包括監(jiān)控設(shè)備、傳感器、遙感設(shè)備等。此外，還需要檢查硬件設(shè)備數(shù)據(jù)采集、分析、管理及檢索功能，保證不會因?yàn)樵O(shè)備原因影響測繪效果[3]。

3.2 外業(yè)實(shí)施階段

無人機(jī)航空測繪技術(shù)測繪地形圖需要進(jìn)行外業(yè)測繪，其中主要包括制定無人機(jī)的航攝飛行方案和像控點(diǎn)布置方案。除此之外，還需要對無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和飛行質(zhì)量進(jìn)行檢測，同時測繪像控點(diǎn)及外業(yè)的調(diào)繪內(nèi)容。

目前，利用GPS測繪像控點(diǎn)的方式主要有3種，分別為GPS-RTK測繪、靜態(tài)測繪、快速靜態(tài)測繪。在選擇GPS測繪像控點(diǎn)時需要使像控點(diǎn)與無人機(jī)拍攝的影像位置重合，像控點(diǎn)的位置要有利于外業(yè)測繪。在大多數(shù)的條件下，像控點(diǎn)通常選擇在具有明顯標(biāo)志的地角位置處。

3.3 內(nèi)業(yè)實(shí)施階段

內(nèi)業(yè)實(shí)施階段是對測繪結(jié)果進(jìn)行信息處理的階段，包括對空三的加密工作，以此減少畸變差帶來的影響，同時還需要對相同控制點(diǎn)進(jìn)行匹配。在應(yīng)用無人機(jī)航空測繪技術(shù)測繪地形圖的過程中，需要利用GPS數(shù)據(jù)建立航帶內(nèi)和各個航帶之間的聯(lián)系，利用POS數(shù)據(jù)及航帶內(nèi)與各個航帶之間的關(guān)系獲取連接點(diǎn)，最后，利用大量的平差點(diǎn)減少粗差點(diǎn)（圖3）。

圖3 信息處理流程

4 無人機(jī)航空測繪技術(shù)的應(yīng)用

4.1 加快信息處理速度

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，無人機(jī)航空測繪技術(shù)水平得到了顯著提升，同時相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展。運(yùn)用無人機(jī)航空測繪技術(shù)進(jìn)行地形測繪，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，能夠及時傳遞給相關(guān)部門，使技術(shù)人員能夠及時有效處理這些數(shù)據(jù)信息。與傳統(tǒng)衛(wèi)星處理技術(shù)相比，無人機(jī)航空測繪技術(shù)在圖像分辨率等方面具備十分明顯的優(yōu)勢，清晰度高，可以提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，高質(zhì)量地完成測繪工程。

4.2 布設(shè)控制點(diǎn)

可以采用全場布設(shè)和非全場布設(shè)的方式對無人機(jī)航空測繪技術(shù)控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)。其中，全場布設(shè)方式精度較高，但是工作量較大，而非全場布設(shè)具有更高的工作效率，可以滿足相關(guān)精度要求，在實(shí)際應(yīng)用更加廣泛。布設(shè)控制點(diǎn)時可以運(yùn)用無人機(jī)航空測繪技術(shù)中重疊位置開展布設(shè)工作。在具體操作時，邊緣位置的影像部位經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真。因此，選取邊緣位置時需要重視對標(biāo)記環(huán)節(jié)的有效處理。

4.3 采集、整理影像數(shù)據(jù)

在地形測繪工程中，采集以及整理影像數(shù)據(jù)是其中的重要內(nèi)容，需要提前做好準(zhǔn)備。首先，要確保無人機(jī)指南系統(tǒng)具備一定的精度，重視對無人機(jī)SD卡的安裝和檢查，整理與保存相關(guān)數(shù)據(jù)，確保其功能正常；其次，要保證無線信號可以收放自如，需要檢查無人機(jī)的接收信號功能；最后，通過Altizure軟件對無人機(jī)航線或測繪區(qū)域位置進(jìn)行設(shè)定。

4.4 空三加密測繪

在對控制點(diǎn)進(jìn)行有效布設(shè)的基礎(chǔ)上，以航測計(jì)劃為依據(jù)，采集測圖區(qū)域航拍圖像的相關(guān)數(shù)據(jù)，并依照所設(shè)計(jì)的航路方向、側(cè)向重疊、航線重疊落實(shí)飛行任務(wù)。在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集中，因?yàn)榈匦蔚拿黠@變化、植被的遮擋等，使得部分測繪區(qū)域的影響數(shù)據(jù)無法有效采集，這樣就會在影像數(shù)據(jù)中“留白”，嚴(yán)重影響測繪的精度。為了有效解決上述問題，就需要實(shí)施空三加密測繪，即以航拍影像數(shù)據(jù)中的方位元素為依據(jù)，開展準(zhǔn)確預(yù)算，然后制定消除干擾因素的方法，有效提升測繪精度[4]。

4.5 繪制地形圖

繪制地形圖是地形測繪工程中的最后一步，在獲得數(shù)據(jù)后將其輸入ArcGIS軟件。在ArcGIS軟件中，可以對樹林、橋梁等進(jìn)行分層建模。同時還可以通過對攝影測繪進(jìn)行矢量化處理后得到地形的主要特征，然后依照ArcGIS軟件中所得到的數(shù)據(jù)，對比地貌特征，從而得到更準(zhǔn)確的圖形。需要注意的是，在對獲取區(qū)域地形、地貌的高程數(shù)據(jù)時，要將DSM軟件中數(shù)據(jù)與實(shí)際地貌測繪的高程數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，同時將兩者輸入ArcGIS軟件進(jìn)行計(jì)算，從而生成有效的CAD（圖4）。

圖4 地形圖繪制

5 結(jié)語

在地形測繪工程中，無人機(jī)航空測繪技術(shù)的應(yīng)用有著十分顯著的優(yōu)勢，可以為測繪工作的高質(zhì)、高效、順利開展提供有效幫助。所以為了促進(jìn)地形測繪事業(yè)的良好、健康發(fā)展，相關(guān)工作人員需要在充分了解無人機(jī)航空測繪技術(shù)優(yōu)勢充分了解的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)自身的實(shí)踐操作能力，掌握相關(guān)原理，保證無人機(jī)航空測繪技術(shù)的有效應(yīng)用。這樣不僅可以提升測繪效果和質(zhì)量，還能夠保證相關(guān)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，從而為地形測繪事業(yè)的健康、長遠(yuǎn)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。