基于中继通信技术的地形特征点无人机精细测绘研究

张国昌

（滨州市自然资源和规划局，山东 滨州 256600）

1 无人机中继通信

随着科技的发展，无人机的用途越来越广泛。通过在无人机上安装信号接收装置、信号发射装置以及图像接收装置，就能完成信号采集工作，无人机绘图系统包括无人飞行机械工作区、图像采集区、地面飞行行为控制区以及信号传送区。无人机的工作模块包含飞行机器、电力供应装置、功率调节装置和桨叶，在实际的地图绘制中还需要辅助的电子设备。目前，无人机地形图测绘技术一般采取先内后外的工作方式，即先采集和整理测绘区域的基本信息，然后根据实际需要采集其他区域的数据[1-3]。在完成所需资料采集后对影像进行预处理，包含差值修正、沃尔利斯（Wallis）转换等，使用影像设备上的校正板校正影像，再利用专业的程序建立三维模型，以影像工作点为基础进行大面积地图的绘制[4,5]。

当前普遍使用的绘图专用无人机能够在云层下进行作业，避免了气象干扰和云层遮挡。随着电子信息技术和机械制造技术的迅速发展，为三维成像提供足够的数据支撑[6]。由于无人机的体积小、重量轻，在地图的绘制中容易受到外界的影响，因此无人机的安全飞行是保证测绘工作顺利进行的关键。此外，所装载的影像采集设备大多是非专业的，与传统航空所装载的专业影像采集设备相比具有很大的可变性，容易造成观测点、投影中点以及成像点的不共线。

中继通信系统是无人机的关键组成部分，利用该系统可以执行无人机平台的监控、起飞、降落等任务，如图1所示。长航模式下，无人机的主要功能是在8 km的高度进行侦查和打击，同时也可以进行情报搜集。目前，无人机已经形成了一个完整的体系，类型越来越多，能够完成各种功能[7]。随着无人机对中继任务的要求越来越高，利用链路集成处理器将数据链中的数据处理和平台任务结合起来。同时，在充分利用网络中心开放性的基础上可以兼容IP协议，既可以确保已经安装的数据链平台之间的连接，也可以在传统的非IP数据链平台和网络中心IP之间起到桥梁的作用[8]。链路集成器主要包括3大模块，即主机接口模块、终端接口模块以及数据链路处理模块。其中，数据链路处理模块的主要功能是处理各种信息。

图1 无人机中继通信

2 地形图测绘的应用

地形图测绘是我国现代化建设项目中的一项重大任务，它能为整个项目的总体规划提供一定的地理信息。无人机测绘主要流程如图2、3所示。

图2 无人机航摄外业作业主要流程

图3 无人机航摄内页作业主要流程

2.1 城市规划与设计

地形图测绘为城市规划和设计提供了数据支撑，能够提高工作效率和质量。在实际应用中，由于某些区域的云层较厚且地形较高，因此会对航测精度造成一定的影响。某工程勘测单位在进行区域测绘时，由于当地的云量较小且山地较高，因此采用无人机进行地形测量。技术人员操控无人机在适当的飞行高度采集区域的全貌信息，利用遥感技术对目标地形进行三维模型化，实现对地形的初步勘测。在二次测绘中，技术人员通过调整无人机的飞行高度，采用高清摄像机采集目标区域的资料，确保资料更加准确。在测量过程中会遇到一些突发情况，如在测量前方出现巨大的山体等。技术人员通过灵活操控无人机来实现有效避障，提高了测绘工作的安全性。

2.2 土地利用管理

我国不同区域的地貌差异很大，利用放大后的地形图可以为有关部门提供宏观地理形态分布数据资料，为改进土地利用管理政策提供依据。在采集图像数据时要针对不同区域的特点选用合适的摄影技术，以弥补传统勘测的不足。在拍摄目标区域时，根据无人机的旋转角度和图像的大小，通过调节无人机的飞行状态实现全方位的拍摄。在低空遇到障碍时，通过低速过弯获取整个视野范围内和视野盲区的信息，增加照相机的曝光，这种方法适用于在黑暗地区进行摄影。利用曝光可以提高图像的清晰度，改善图像采集质量。在采集图像时，利用无人机对不明地区进行拍照，能减少意外事件的发生。

3 地形图的常见制图技术探讨

全站式电子距离测试仪（简称全站仪）是一种集光学、机器学等多学科技术于一体的高科技仪器，能够同时测量地形的水平角度、垂直角度、平面距离以及斜面距离。全站仪测绘的工作主要包括野外调查、测绘方案设计、野外数据采集、内业测绘、图象质量验收以及输出结果等。利用全站仪进行地图的测量和绘制能够提高地图的精度，但是这种方法对人工的依赖性较强，需要耗费大量的时间。与野外测绘相比，城市和乡村的测绘环境要好很多，而且能为人力、物力的消耗提供持续支持。全站仪具有高精度的特征，可用于城乡地基、房屋位置等的测绘。

GPS-RTK只要能够收到来自4颗以上卫星的通信和电磁信号，就可以对其进行校正，得到相应的地理坐标。

4 无人机中继通信技术的发展前景

无人机中继通信平台载重和空间都比较大，随着现代通信中继技术的飞速发展，目前已经有了适合中、低空的小型无人机通信中继平台。强化无人机通信系统的结构设计，构建以网络为核心的信息系统，增强无人机性能。以云计算为基础，构建企业统一的数据中心，以实现动态数据的实时发布。统一协调商业卫星租用，发展全球宽带卫星通信，减少卫星通信成本和带宽约束。随着无人机在测绘领域的广泛使用，其承载的任务负载和通信方式也在不断增加，模块化、小型化的设计已成为未来的发展趋势。随着无人机承载能力的不断提高，对数据的需求也随之增加，对扩频带宽、提高频带利用率、提高信息传送能力提出了更高的要求。积极发展宽带卫星通信，以适应不断提高的数据带宽要求。随着无人机技术的发展和推广，对宽带卫通资源的需求也在不断增加。为了适应不断增加的超视距战斗数据对宽带传输的要求，必须大力发展宽带卫星通信转发器。除此之外，强化通信网络的安全防护。未来无人机将会面临更为严峻的工作环境，对通信系统的电磁兼容、低截获概率、抗欺骗能力、安全性能和抗干扰能力等提出了更高的要求。

5 结 论

随着通信技术的迅速发展，无线中继技术得到了广泛应用。通过对基于中继通信技术的地形特征点无人机精细测绘进行研究，可以实现复杂环境下的地形勘测与无人机远距离安全操控，能够有效提升应急测绘能力，具有较高的实际应用价值。