無人機在地形測繪工程的應(yīng)用

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摘要：當(dāng)前，我國在地形測繪方面獲得快速發(fā)展，尤其在無人機技術(shù)不斷推廣應(yīng)用過程中，取得顯著成績。無人機技術(shù)主要是將傳感器、通信設(shè)備等安裝在無人機機身上，并借助通信定位手段開展測量工作。對此，本文闡述了地形測繪中無人機優(yōu)勢、介紹了無人機原理，并分析了地形測繪中無人機應(yīng)用，希望能夠為相關(guān)部門與人員提供參考。

關(guān)鍵詞：地形測繪；無人機；應(yīng)用分析

在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中，為科技經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供良好經(jīng)濟(jì)保障，進(jìn)而有效促進(jìn)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而我國無人機技術(shù)也得到快速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)更加成熟，在各個領(lǐng)域中均有著廣泛應(yīng)用。對于測繪工程而言，借助無人機、遙感設(shè)備以及其他設(shè)備開展定性測量，可以有效強化測量質(zhì)量與效率。以無人機角度分析，在工程測繪、農(nóng)業(yè)測繪、自然災(zāi)害測繪等方面均有著良好應(yīng)用效果，在精準(zhǔn)收集實時數(shù)據(jù)過程中，可以有效保證數(shù)據(jù)傳輸效率[1]。

1地形測繪中無人機優(yōu)勢

現(xiàn)階段，我國各個行業(yè)均開始不斷進(jìn)行細(xì)化建設(shè)，以趕超世界水平。對于測繪行業(yè)，及時、精準(zhǔn)采集代表信息同時進(jìn)行各類地圖繪制工作已經(jīng)成為重點內(nèi)容。而要想實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要保證測繪方法前進(jìn)性與有效性。而航空測量是快速收集地理數(shù)據(jù)的技術(shù)方法，然而傳統(tǒng)航空測量技術(shù)在氣候條件與機場等方面具有較強依賴性，測繪成本較高，并且測量周期比較長，對大比例尺測繪工作中數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)應(yīng)用造成一定影響。例如，使用衛(wèi)星遙感技術(shù)過程中，因為受到軌道影響，每天都會在固定時間過頂，因此時效性無法滿足工作要求，難以開展應(yīng)急觀測。另外，載人飛機雖然不會受到軌道與時間等因素影響，然而基于惡劣氣候環(huán)境下，為了保證工作人員安全，基本上不會開展測繪工作。微波遙感技術(shù)能夠克服氣候與云層等因素影響，然而因為探測原理有所不同，無法對紅外線遙感以及其他技術(shù)手段進(jìn)行完全替代。同時，傳統(tǒng)航空遙感技術(shù)的測繪成本較高，無法在各個測繪工作中進(jìn)行廣泛應(yīng)用，若是采用人工測繪方式，則需要投入大量物力、人力等資源，并且測繪效率較低，在地形影響下無法保證測繪工作有序進(jìn)行。而無人機測量技術(shù)具有高效率以及低成本等特點，在地形測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用更加廣泛，其主要具有以下優(yōu)點：①測繪無人機屬于低空飛行器，飛行高度一般距離地面幾十米、數(shù)百米，與傳統(tǒng)航空遙感技術(shù)以及普通航空攝影技術(shù)相比，其能夠有效突破云層因素限制。②因為始終保持低空飛行，因此相比于其他技術(shù)，其分辨率更高，所以性價比突出，同時可以便捷申請空域。③無人機體積小、成本低，在工作人員培訓(xùn)、維護(hù)與保養(yǎng)等方面均具有較大優(yōu)勢，同時培訓(xùn)周期短，所需人力少，一般在7—14d之內(nèi)即能夠完成無人機培訓(xùn)工作，工作人員可以熟練操作無人機。④無人機能夠搭載各種傳感器，進(jìn)而有效提高無人機功能的靈活性，一架無人機不僅能夠完成測繪工作，同時也可以用于監(jiān)測與救災(zāi)等工作中。因為無人機可以多角度收集地表信息，因此能夠?qū)崿F(xiàn)3D建模。⑤若是地形較為復(fù)雜，則無人機能夠便捷地進(jìn)行轉(zhuǎn)場，機動性突出。同時在氣候方面并無嚴(yán)格要求，在小雨、刮風(fēng)以及陰天等條件下均能夠開展測繪，另外，可以在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)收集工作。⑥相比于其他測繪技術(shù)，無人機測繪能夠有效保證工作人員的安全[2]。

2無人機原理

2.1硬件系統(tǒng)。無人機硬件系統(tǒng)主要涵蓋飛行平臺以及地面站兩方面內(nèi)容。首先，飛行平臺。無人機的飛行平臺一般指機體本身，以整體角度分析涵蓋機體、飛行系統(tǒng)、攝影系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)等。機體有涵蓋：①飛行棋裝置，起落架、螺旋槳、機翼、機身等；②動力裝置，耗油設(shè)備、電池設(shè)備、馬達(dá)等；③飛控設(shè)備，需要體現(xiàn)設(shè)計飛行任務(wù)，同時對飛機當(dāng)前剩余電量、姿態(tài)角度以及地理位置等信息結(jié)束無線通信方式向地面站傳送；④GPS導(dǎo)航系統(tǒng)；⑤傳感器、云臺等裝置；⑥一些無人機還會配備降落傘與彈射架，主要根據(jù)降落方式與起飛方式確定。通常，測繪中相關(guān)無人機翼展在2m左右，選擇碳纖維作為龍骨材料。選擇木材、玻璃纖維或是航空泡沫作為機翼與機身材料，有效控制飛機自重。若是選擇汽油作為動力能源則航行速度在100km/h左右，若是選擇電池則速度在70km/h左右。其次，地面站。地面站主要是開展測繪活動時，工作人員操控的設(shè)備。主要涵蓋監(jiān)控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)以及任務(wù)系統(tǒng)3個部分。任務(wù)系統(tǒng)主要是測繪前為無人機飛行規(guī)劃測量面積、航高、航向、航線以及照面重疊度等。對于通訊系統(tǒng)，主要是向監(jiān)控系統(tǒng)實時傳送無人機地理位置、剩余電量、空速、飛行軌跡以及姿態(tài)等，可以保證工作人員實時掌控?zé)o人機狀況[3]。2.2無人機工作流程。在測繪工作中應(yīng)用無人機時，主要涵蓋三方面內(nèi)容：①前期規(guī)劃，需要進(jìn)行現(xiàn)場勘查之后進(jìn)行航線規(guī)劃，因為地形存在差異，無人機起降點以及實際操作情況均會存在差異，并結(jié)合地形起伏情況合理控制像控點的密度，因此前期數(shù)據(jù)收集以及規(guī)劃工作對于無人機運用效率具有重要作用。②外業(yè)測繪，主要涵蓋飛無人機回收、飛行操控、航向預(yù)設(shè)、象限設(shè)定以及機體拼裝等。③內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，主要涵蓋以空三數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建模型以及處理影像信息，借助影像拼接、鑲嵌以及裁剪等，獲得處理數(shù)據(jù)。

3地形測繪中無人機應(yīng)用分析

3.1立體采編技術(shù)的應(yīng)用。借助無人機技術(shù)開展地形測量活動，可以有充分保障測量質(zhì)量與精確度。無人機針對相關(guān)地區(qū)的森林、建筑與等地形完成航空攝影測量之后，會獲得大量原始地質(zhì)數(shù)據(jù)，通過科學(xué)運用內(nèi)力立體信息，對無人機收集的相關(guān)地形信息展開科學(xué)處理與編制。處理數(shù)據(jù)是為了有效提高數(shù)據(jù)編制合理性和科學(xué)性，盡量采用人工操作手段，采編地址條件中水涯線、等高線以及其他重要數(shù)據(jù)，以有效提高設(shè)定產(chǎn)量的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。開展該項工作時，應(yīng)該對地形結(jié)構(gòu)、物體線節(jié)點以及其他數(shù)據(jù)信息進(jìn)行充分控制，另外，還應(yīng)該確保無人機開展航空拍攝活動中收集的數(shù)據(jù)資料具有較高準(zhǔn)確度，若是數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確性則會對采編合理性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。開展房屋結(jié)構(gòu)測繪工作時，測量人員應(yīng)該充分描繪給類型房屋的外部輪廓，認(rèn)真校正建筑的結(jié)構(gòu)輪廓與外房檐。若是存在死角區(qū)域，應(yīng)該認(rèn)真進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)而有效確保測量工作準(zhǔn)確度與科學(xué)性，避免后續(xù)測量活動中業(yè)內(nèi)立體數(shù)據(jù)出現(xiàn)編碼不統(tǒng)一以及其他問題，進(jìn)而導(dǎo)致政策測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。3.2像控點布設(shè)的應(yīng)用。針對山區(qū)或是城市地區(qū)開展地形測量活動時，在應(yīng)用無人機過程中，應(yīng)該先設(shè)置像控點，該工作主要涵蓋兩點內(nèi)容，①網(wǎng)點設(shè)置區(qū)域；②像片控制點區(qū)域。設(shè)定區(qū)域網(wǎng)點過程中應(yīng)該根據(jù)地面的平行高度進(jìn)行科學(xué)劃分，合理確定無人機航拍線路，通常應(yīng)該設(shè)定8條基線與4條航線以有效提高無人機航行準(zhǔn)確度。另外，針對各種崎嶇山地、航線跨度等情況，可以針對性地劃分6條或是2條不同航線，若是測量區(qū)域內(nèi)的地形缺乏嚴(yán)格性，則應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)航線。對于像片控制點區(qū)域測量活動，通常借助GPS技術(shù)設(shè)定控制節(jié)點，一般設(shè)定E級或是D級兩種級別，以C級控制點為切入點，開展實際測繪工作時，可以借助相關(guān)控制設(shè)備科學(xué)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)PKT控制體系，以有效提高測量效率。在確保測量活動有序進(jìn)行前提下，應(yīng)該將無人機精確度特點有效發(fā)揮出來，科學(xué)設(shè)置CORS網(wǎng)絡(luò)。借助RTK流動站為無人機的控制點提供有效保障，進(jìn)而有效提高數(shù)據(jù)圖的傳輸質(zhì)量。另外，可以通過流動站數(shù)據(jù)實現(xiàn)拓展，根據(jù)測量區(qū)域中地形條件，精準(zhǔn)設(shè)定投影參數(shù)與高程，促使不同數(shù)據(jù)之間能夠充分進(jìn)行互通。開展工作實踐時，應(yīng)該科學(xué)設(shè)置數(shù)字信息與數(shù)碼影像的頻率，同時相關(guān)監(jiān)測點應(yīng)該展開再次檢測[4]。3.3空中三角測量的應(yīng)用。三角測量主要涵蓋解析三角測量與模擬測量2種形式。一般，會選擇解析測量方法開展地形測繪工作，并與模擬方法進(jìn)行對比，解析法的精度更高、速度更快。開展測量活動時，主要按照以下步驟開展：①空中加密；②三角點測量；③空中三角的加密測量。其中，第一種形式主要針對突出地物開展空中定位，開展空中測量活動時，應(yīng)該科學(xué)設(shè)定標(biāo)識線，保證距離合理性，例如，無人機攝影儀測量比例為1:1000，實際工作中，借助加密標(biāo)識之后距離在1.0mm以上，后者實施時，若是測區(qū)內(nèi)出現(xiàn)山谷、河道等，則設(shè)定無人機航線過程中，應(yīng)該科學(xué)設(shè)定高度差值，以有效保證無人機在實際運行過程中的穩(wěn)定性。對于特殊地形的測量，例如坡度較大的地形中，一般應(yīng)該在空中進(jìn)行三角加密點設(shè)置，同時加密點添加數(shù)量應(yīng)該保持在2個以內(nèi)，開展自由邊緣規(guī)劃過程中，需要針對測量區(qū)域范圍內(nèi)的控制點來進(jìn)行有效的加密。另外，完成三角點加密之后應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行測量，以有效提高測繪數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。3.4補測操作的應(yīng)用。開展地形測繪活動時，應(yīng)用無人機技術(shù)過程中，應(yīng)該充分重視測量盲點問題，根據(jù)實際測區(qū)中具體位置，科學(xué)設(shè)定與有效優(yōu)化測量盲點，對于地形測繪中盲區(qū)問題，無人機完成信息收集之后，應(yīng)該科學(xué)分析測繪數(shù)據(jù)。開展測繪實踐時，借助無人機能夠充分開展測區(qū)整體測繪工作，若是出現(xiàn)遺漏問題，可以通過原地形數(shù)據(jù)進(jìn)行對比以及補充，充分保證測繪工作效率與質(zhì)量。另外，還應(yīng)該結(jié)合人工方式予以輔助，對于復(fù)雜地形中的測量盲區(qū)，測繪單位應(yīng)該通過人工測量手段予以優(yōu)化，進(jìn)而有效提高測繪工作準(zhǔn)確度。

4結(jié)語

當(dāng)前，我國地形測繪領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛使用無人機開展測量工作，有效提高測量精度與效率。在設(shè)計使用過程中應(yīng)該充分注意立體采編技術(shù)的應(yīng)用、像控點布設(shè)的應(yīng)用、空中三角測量的應(yīng)用、補測操作的應(yīng)用等，進(jìn)而保證無人機作用充分發(fā)揮出來。

參考文獻(xiàn)

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[2]李帥,張杰.低空無人機航測在大比例尺地形測繪中的應(yīng)用[J].地礦測繪,2020(04):90-91.

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作者:衛(wèi)軍 單位:江蘇火禾信息技術(shù)有限公司