工程测量测绘之无人机航拍技术要点探讨

李厚春

摘 要：随着无人机技术的发展，工程测量测绘中的无人机航拍技术吸引了世界各国的目光。本文先是对无人机航拍技术进行简述，然后探讨了工程测量测绘中的无人机航拍的技术要点，最后分析介绍了无人机航拍技术在工程测量测绘中的实际运用。

关键词：工程测量测绘；无人机；航拍技术；要点

1 无人机航拍技术概述

无人机航拍技术，是一种集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。

（一）无人机技术

无人机航拍技术发展的前提是无人机的出现。无人机，顾名思义，是一种不载人的航空器，主要包括固定翼型无人机、无人驾驶直升机两类。之所以可以实现无人驾驶，是由工程师在地面上通过无线电遥控设备操控机载计算机程控系统而进行的。无人机的出现，一开始主要是为了开展有人飞机不宜执行的任务，如危险区域的地质灾害调查、空中救援指挥和环境遥感监测。经过几代产品的更新，无人机由最开始的主要是在军事上的应用后来逐渐发展到用于作战、侦察及民用遥感飞行平台、农业生产等多个领域。在工程测量中运用无人机，能够有效解决小面积低空摄影存在的问题。无人机的实际操作使用步骤主要包括以下几个方面：野外像控点的布设和测量、取得测区资料数据、内业空三加密以及数字测图。

（二）机载遥感设备

要让无人机航拍得以实现，除了无人机这个“空中平台”外，还需要能够获取信息、处理图像信息、并能够按照一定的精度要求制作成像的机载遥感设备，这些机载遥感设备都具有体积小、精度高、储存量大的优点。当前使用的主要有高分辨率CCD数码相机、红外扫描仪、磁测仪等。根据不同类型的遥感任务，选用不同的机载遥感设备。目前，制造的数字航空测量相机已经可以达到很高的像素，能够在航拍时，同时拍摄彩色、红外、全色的高精度航片。此外，科学家们为了能够提高遥感飞行的效率，还同过使用多台哈苏相机进行组合照相。这些机载遥感设备不仅仅能够对工程的静态、物理几何结构，还可以进行一种动态地全过程监测、把握实时的微小变化、通过对观测结果的比较分析，从而对即将出现的问题进行预防、防患于未然，同时能够对物体未来的发展变化趋势进行预测。

（三）无人机影像处理流程

无人机利用机载遥感设备获取影像资料以后，根据POS相关数据，自动建立航带内与航带间的拓扑关系系统网，航带规划设计包括单次航飞时间设计、航飞架次设计和航带带宽划分。而测区范围的规划，首先要设定测量区域最大外接矩形，得出测区四角标注之后，计算航拍次数。根据控制网布设GPS控制点去构建目标区域控制网，根据典型地貌特征点的选择、对测区现场进行均匀布控。然后根据主点坐标、对称畸变参数和CCD非正方形比例参数进行影像比例的纠正。第二步骤，根据区域网平差计算、加密点物方空间坐标解算、影像的外方位元素，计算空中三角测量。最后，进行DEM数据匹配，即进行多模型、多重叠DEM匹配、采集，以测区为单位创建像对正射影像。随后生成DOM成果。

2 无人机航拍技术的要点

（一）无人机航拍的申报

对于无人机航拍，我国出台了专门性的管理政策法规，再加上无人机航拍自身的飞行特征，共同决定了无人机航拍的申报流程的独特性。按照我国的政策法规对无人机进行划定，其属于一种无人驾驶航空器，因此需要按照我国通用航空相关规定进行操作和使用，如果严格按照规定执行的话，只有具备执照的人才能操作无人机进行航拍作业，我国在这方面也不断加强管理的力度，目前主要的负责机构为中国私用航空器拥有者及操作手协会。另外，在操作和使用无人机之前，还需要提前申报空域，并在飞行前的15小时就需要向管理部门申报飞行计划，一般情况下，在发出申报3小时之内就可以得到回复。但是为了确保安全，操作人员还需要在飞行之前再次通过电话进行核实。

（二）航拍画质的稳定

与消费级无人机不同，航拍无人机对画质的要求更高，并不是随便拍出分辨率较高的画面就可以了，而是需要对目标物进行持续的、长时间的拍摄，对拍摄的要求非常高，拍摄角度和距离具有特定的要求，同时对目标凝视和画面防抖都具有较高的要求，这就需要在航拍无人机上安装稳定平台，如陀螺仪稳定的测距仪，这种设备首先在战列舰上出现。由于无人机自身的特点，对陀螺仪的灵活性和稳定性都具有更高的要求，一般在无人机上使用重量小集成度高的微机电MEMS陀螺组件。此设备具有检测平台角度和角速的作用，并将信息反馈给平台驱动电机，这样就可以减轻飞行器姿态变化的影响，保证平台上的摄像机的视轴稳定。

在风力较大的情况下，要想拍出画质较好的影像，就需要熟练应用云台。在无人机飞行过程中，由于风力较大，会执行抗风动作，这就导致机身出现倾斜或旋转的情况，从而摄像头与地平面发生倾斜，导致画面的质量下降。而使用云台，则可以防止无人机倾斜导致摄像机倾斜，从而减少了风力对拍摄造成的不利影响。在无人机上，保证拍摄质量的重要设备为减振垫和减振橡胶。减振垫和减振橡胶具有减少机体振动对飞控部件的影响的作用，防止无人机拍摄出来的画面会产生扭曲现象。

（三）特殊环境中的使用

在低温环境当中，无人机要进行操作需要提前对减振橡胶或者减振柱进行更换，以便减轻低温环境对拍摄质量的不利影响。另外，无人机的锂电池也容易受到低温的影响，温度越低，锂电池的化学活性越低。经过试验发现，当电池温度低于15℃的时候，其化学活性已开始降低，当温度更低的时候，锂电池的放电能力显着下降。因此，为了防止无人机坠毁，在操作无人机的时候，需要在低空悬停1分钟以上，了解无人机在低温环境中的表现情况，从而根据无人机的情况来调整飞行计划。

在高原地区拍摄时，较小的空气密度使无人机的旋翼需要更高的转速来产生足够的升力，此时无人机的耗电速度要比平时快。操作手要注意时刻监控电池状态，以免无人机坠落。另外，高原地区操作手要准备多块电池，随时准备替换。这是因为高原地区风力较强，无人机飞行需要耗费大量的能力。

3 工程测量测绘之无人机航拍技术的运用分析

我们在工程测绘测量中运用无人机航拍技术能够收集更加丰富、更加全面的资料。无人机摄影，可以提供一个不可替代的高位俯視角，反映一个地区、一个区域的全貌。还可以对某一具体物体进行高清晰度拍摄，灵活方便。并且随着科技的进步，其拍摄的图像也有分辨率逐步增高、单次航拍时间延长、单次航拍储存信息容量逐渐扩大等趋势。例如无人机可以对矿山进行测量，在煤炭资源开发的同时，加强对矿山周围环境变化的把控，进行有效的监管。既实现了高效率的开采，又实现了环境的保护，双管齐下。无人机还可以加强对矿山整体的整治，以便于对矿山资源的保护。整治自然少不了宏观层面的指导，尤其对矿山这种面积又大，开采过程中还极容易发生环境污染的区域。利用无人机航拍提供的结果，可以有针对性地采取措施，对自然资源进行保护。无人机航拍技术已经成为我国经济建设、社会发展、应急救灾、突发事件处置、数字城市建设、国土资源调查、地质灾害、矿山监测、环境变化监测、工程设计等一系列国家重大需求的重要技术。

4 结束语

综上所述，无人机航拍技术作为一种新型的技术，具有其他产品不具有的突出优势。所以，我国应该加大在无人机技术领域的研究，加强与世界其他国家的经验交流与合作。而无人机航拍技术的运用也为现代工程测量测绘事业提供了便利，成为一种必不可少的手段。我们应该把握这一未来的发展趋势，促进工程测量测绘之无人机航拍技术的发展，从而促进我国经济的飞速发展！

参考文献

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