無人機技術在測繪工程測量中的應用

一、無人機測繪技術的概述隨著無人機技術的不斷發(fā)展，無人機在很多領域都得到了廣泛的應用。在工程測繪中的運用也越來越普及，尤其是近年來在各種光學雷達以及激光設備的加持下，使無人機在測繪領域的優(yōu)勢更加的明顯，運用好這些技術手段對于整個測繪及地理信息產業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。(一)無人機遙感測繪的發(fā)展歷程及國內外研究現(xiàn)狀無人機最早是作為軍事訓練的靶機而誕生的，之后隨著通訊技術以及計算機技術的發(fā)展不斷的更新?lián)Q代。在遙感測繪領域的應用最初是以油機為主，此類無人機體積和重量較大，操作以手動為主且難度高。之后隨著電池技術的發(fā)展，無人機不斷的小型化、輕便化，在使用上更加的靈活，操作也更加的簡便化、智能化。限制因素的減少使測繪無人機迎來了大發(fā)展。無人機平臺也由最初的以固定翼為主，發(fā)展為多旋翼，直升機、垂起固定翼等多類型平臺。在無人機的掛載設備上從開始的普通膠片相機逐步發(fā)展到專業(yè)的數(shù)碼相機再到現(xiàn)如今的高光譜傳感器和激光雷達。無人機越來越得到測繪行業(yè)的認可，通過在無人機上搭載先進的專業(yè)化設備，能夠極大的拓展航測的領域和范圍，在基礎地理信息測繪，應急保障、城市規(guī)劃等多方面都得到了廣泛的應用。目前無人機測繪在國內外工程測繪領域有極強的應用，也出現(xiàn)了大量的研究成果。在應對自然災害，土地資源監(jiān)測利用以及城市規(guī)劃等方面積累了豐富的經驗。尤其在5G技術發(fā)展的背景下，在各國的智慧城市建設過程中，無人機航測有著獨特的推動作用。無人機測繪技術能夠收集并整合城市的基礎設施信息，促進城市的智慧化建設，幫助開展城市管理和社會治理等工作。在具體項目的應用中無人機測繪技術充分展現(xiàn)出了其效率高、范圍廣、準確性好的特點，推動了整個測繪行業(yè)的發(fā)展。(二)無人機測繪系統(tǒng)構成測繪無人機系統(tǒng)主要由無人機飛行系統(tǒng)、航攝系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)三個部分組成，每一個部分又包含相應的子系統(tǒng)，是計算機技術、GPS技術、通信技術和數(shù)據(jù)處理等技術的集合體[1]。飛行系統(tǒng)作為執(zhí)行測繪任務的載體有多個平臺，包括固定翼平臺和旋翼平臺，固定翼又分為滑跑固定翼和垂直起降固定翼。旋翼平臺中除了直升機外還有多軸飛行器及旋翼機。航攝系統(tǒng)由光學傳感器，穩(wěn)定云臺和定位系統(tǒng)組成，是進行航測的核心部件。(三)無人機遙感技術需求在全球范圍內，國土資源測繪領域對無人機技術的應用需求非常廣泛，世界各國都對其進行重點研究，并把其列為未來遙感技術發(fā)展的重要方向。隨著科技的發(fā)展和進步，各個專業(yè)和領域對遙感數(shù)據(jù)的要求不斷提高、需求不斷增加，但獲取數(shù)據(jù)的方法和手段仍相對欠缺。遙感技術是一項以無人機為空中遙感平臺的新型技術，他為了適應這一需要應用而生，所以當務之急是要充分利用無人機遙感技術來獲取所需的更加詳盡的數(shù)據(jù)資料[2]。如果把無人機技術運用到工程測繪領域，面對復雜的環(huán)境，也能夠順利獲得相應區(qū)域的影像等數(shù)據(jù)資料，把目標區(qū)域內的真實情況如實反映出來，并可以以三維的形式直觀展示出來，有效的提升了測繪工作的科學性和嚴謹性。二、無人機測繪技術的優(yōu)勢現(xiàn)如今，在很多領域都能看到無人機的身影。在工程測繪中對于無人機的應用可以很好的解決復雜環(huán)境下傳統(tǒng)儀器測量的弊端，極大的提高了數(shù)據(jù)的準確性和科學性。隨著遙感技術的不斷發(fā)展，影像獲取的清晰度也大大的提高，可以為工程測繪提供更加全面和精確的數(shù)據(jù)支撐。與傳統(tǒng)測繪相比無人機測繪優(yōu)勢明顯，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：(一)極大的提高測繪工作的效率作為一種新型的測繪系統(tǒng)，無人機測繪優(yōu)勢明顯，可以在第一時間了解情況并獲取第一手的資料，效率非常高。(1)無人機可以實現(xiàn)大范圍監(jiān)測，對于目標區(qū)域可以實現(xiàn)長時間，不間斷的遙感測繪，通過搭載的高清攝像頭可以快速的捕獲到監(jiān)測區(qū)域的高清影像信息，極大的提高了測繪的效率。(2)在大面積測繪的基礎上，運用先進的多光譜分析技術，可以實現(xiàn)對地表各項信息的綜合分析，使數(shù)據(jù)獲取能力得到質的提升，通過三維的實景建模，還可以對所監(jiān)測區(qū)域進行實景展示，為相關部門進行整體的規(guī)劃提供參考。(3)采集和處理數(shù)據(jù)的效率高，對高分辨率的影像可以實現(xiàn)快速的信息提取，通過專業(yè)的軟件實現(xiàn)高效的航飛數(shù)據(jù)處理。(二)數(shù)據(jù)精確度高無人機遙感技術作為一種新型技術融合了多種現(xiàn)代科技成就，包括GPS技術，飛行控制技術，無人駕駛技術。通過這些技術的應用使數(shù)據(jù)的精確性得到了極大的提高。在實際測繪中能夠更好地保障測圖及數(shù)據(jù)的精度。(三)測繪成本低無人機技術操作相對的簡單，與傳統(tǒng)意義上的制圖和測繪技術相比較，在實際應用中，無人機技術員經過簡單的短期培訓即可上崗工作。另外，無人機能夠降低費用成本，提高測量和制圖的準確性。無人機機型較小、成本費用較低、系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修簡便。在某些發(fā)展較快的城市或地區(qū)，舊城頻繁改造，變化周期短，若采用傳統(tǒng)的工程測量技術，不僅會使費用增加，耗費的時間也會大大增加，所以利用無人機遙感技術大大節(jié)約了成本，滿足了測繪的需求。三、無人機在工程測繪中的應用隨著無人機技術的不斷進步，其在很多領域中都得到了廣泛的應用。相比與傳統(tǒng)測繪其在工程測繪領域的優(yōu)勢非常的明顯，有極高的發(fā)展前景。下面通過具體的工程實例，來對其進行探討。(一)無人機傾斜攝影測量技術在河道監(jiān)測中的應用本文以河道測繪工作為實例，在河道構筑物調查及土地資源利用情況工作中應用無人機測繪技術進行探討。完成整個測繪任務需要分四個步驟實施：測繪數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)生成和數(shù)據(jù)的利用[5-6]。為了達到要求的數(shù)據(jù)精度，需要在航飛區(qū)域內布設大量的像控點并用儀器測出其坐標點。在飛行過程中需要掌握好飛行高度，通過既定的路線和搭載的航拍設備采集漳河流域河道內構筑物影像資料。為了確保正射影像的平面精度，數(shù)字正射影像的地面分辨率均取傾斜航空攝影的最高分辨率，如航攝地面分辨率為2cm，則數(shù)字正射影像地面分辨率取2cm。數(shù)字正射影像的生產采用新的生產工藝流程，首先將傾斜空三結果的下視影像EO成果導入PhotoMod等攝影測量軟件中：然后將傾斜攝影軟件匹配的三維點云數(shù)據(jù)進行抽稀，并將DEM成果導入至攝影測量軟件內，直接進行數(shù)字正射影像的糾正[7-8]。用ccmaster進行三維模型的生產，以實際項目中fid10圖斑生產作為實例。導入影像和pos點后進行空三運算，之后導入控制點坐標完成刺點后再次進行空三運算。查看精度報告可知控制點的平面中誤差為0.006m，高程中誤差為0.001m。檢查點的平面中誤差為0.023m，高程中誤差為0.015m。精度報告符合設計規(guī)范的要求小于0.05m，由此可用于三維模型的生產。通過此報告可知整個飛行數(shù)據(jù)的獲取以及外業(yè)控制點的布設及測量的可靠性，對三維模型的生產具有重要的意義。(二)露天礦山開采中無人機航測技術的應用露天礦山一般處于深山野墺之中，具有險峻復雜的地形地貌。利用傳統(tǒng)的測量方法，不僅難度比較大，而且效率低，成本高，如何能采用一種比傳統(tǒng)辦法更高效的測量手段，并把它應用在露天礦山建設、開采、恢復等全過程，是測繪測量工作者夢寐以求的愿望。近幾年，隨著無人機技術的推廣運用，一些礦山探索用新型輕小型無人機進行航測的嘗試，取得不錯的效果，為礦山測量開辟了新的途徑。但是，從現(xiàn)有的成功案例來看，這項技術還基本處在開發(fā)階段，總體上存在技術不夠成熟，應用不夠廣泛的現(xiàn)象，沒有發(fā)揮出這項新技術、新手段應該發(fā)揮的全部優(yōu)勢；沒有做到礦山開發(fā)全過程中，充分應用無人機航測所獲取的寶貴數(shù)據(jù)資料，并把它應用于露天礦山的資源開發(fā)利用以及改善技術管理水平上。②關于礦區(qū)植被情況的調查。在對礦山植被的生長區(qū)域進行調查時，使用無人機，不僅能夠發(fā)揮輕小型無人機拍攝速度快的先進性能，而且能夠縮短完成植被生長區(qū)域調查所需要的時間，畫定植被的覆蓋區(qū)域，了解植被的生長狀況，評價植被的成活率，如果后期需要對植被覆綠情況進行評價，無人機影像可以提供精確的數(shù)據(jù)參考。通過圖像信息的NDVI提取技術，提取植被指數(shù)，并以此為參考繪制出礦山原生植被和后期覆綠的狀態(tài)圖斑，匯總草種樹種類別、各自的成活率、生長情況等數(shù)據(jù)，從而得到植被的變化圖斑。然后，對現(xiàn)場的實際測量數(shù)據(jù)進行綜合分析，指導工作。在露天礦山的植被覆綠情況的調查和后續(xù)的管理中利用輕小型，不但能使勞動強度大幅度下降，更能顯著提高工作效率，并有效地保證了調查質量，強化了礦山植被的監(jiān)控狀況。(2)礦山的地形地貌測量和危險源的辨識四、結論無人機技術應用到河道監(jiān)測中可以高效而清晰的制作出測區(qū)的三維模型以及大比例尺地圖，從而立體的掌握整個河道內構筑物情況和土地利用情況，有效提升測繪工作的科學性和嚴謹性，對提高測繪工作效率有積極地意義。2、輕小型無人機航測技術的快速發(fā)展，取決于無人機硬件系統(tǒng)、定位系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的進步、測量儀器性能及數(shù)據(jù)處理軟件四個方面的突破。與傳統(tǒng)的工程測量方法相比較，針對于露天礦山，無人機航測技術能夠把其地形地貌以三維的形式較好地展示出來，系統(tǒng)分析礦山范圍內植被覆蓋情況、生長情況等，同時也可對礦區(qū)坍塌、滑坡等危險情況進行監(jiān)控和標記。3、由于此類型無人機設計體積小，在搭載航攝器材以及電池的耐用性上存在明顯的不足也會影響到整個數(shù)據(jù)的精確性和圖傳的質量，也在一定程度上影響了無人機航測在露天礦山方面的應用和推廣。本文列出了輕小型無人機航測在露天礦山的應用和發(fā)展前景，可以很好的應用于露天礦山從開采利用到保護開發(fā)的整個周期內，為本行業(yè)運用無人機航測提供一定的參考。

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