工程测绘中无人机遥感测绘技术的应用
时间：2023-03-24 10:25:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张晓，王韵程
（山东卫测地理信息科技有限公司，山东 滨州 251900）
工程测绘具有严谨、费时、工作量大的特征。单靠人工进行工程测绘不仅费时、费力，而且容易影响工程的测绘效果。在信息技术、计算机技术、遥感技术等快速发展的背景下，无人机遥感测绘技术出现在工程测绘领域。现如今，已经依托无人机遥感测绘技术取得了丰富的工程建设成果。可见，无人机遥感测绘技术对于优化工程建设具有不可或缺的意义。因此，更加需要重视无人机遥感测绘技术，科学将无人机遥感测绘技术应用在工程测绘中，便于保证工程建设水平。
无人机遥感技术一经出现，就受到了诸多人的关注。从目前现状来看，我国研究人员正积极开发无人机遥感技术，不断强化无人机遥感技术性能。为进一步了解无人机遥感技术，有必要研究无人机遥感系统。研究发现，无人机遥感系统主要由以下7大部分组成。
（1）飞行平台。飞机的机体、供电、传感器、导航器和推进设备等是飞行平台的重要组成部分。用于无人机的飞机总重量、飞行速度控制、续航能力、抵御风能力等应当达到相应标准，否则，就不应该用于飞行。无人机（航空摄影测量）基本参数要求见表1。
表1 无人机（航空摄影测量）基本参数要求
（2）飞行导航与控制系统。飞行导航，即GPS接收机，在GPS接收机的作用下，就可以确保无人机按照正确的方向飞行，避免偏离目标。转速传感器和IMU/GPS系统是飞行控制系统的重要组成部分，影响着飞机飞行的稳定性、安全性。飞行控制系统在无人机飞行过程中发挥着重要作用，因此，一定要不断提升飞行控制系统的性能。
（3）遥感设备。高分辨率数码相机、多光谱成像仪、合成孔径雷达、红外扫描仪等属于遥感设备。在遥感设备的作用下，就可以使飞机在飞行状态下获得图像信息。遥感设备的性能影响着无人机应用目标的达成情况，所以要确保遥感设备的性能。为保证无人机的应用效果，必须提前检查其传感器，保证遥感器能够正常使用。
（4）任务规划与控制站。地面控制站是无人机遥感系统控制的中心，实时处理和显示飞机在执行任务中所采集的数据。另外，控制人员还会在地面控制站监控飞机飞行，防止飞机在执行任务的过程中出现问题。
（5）数据后处理系统。在飞机执行任务的过程中会实时采集数据，由于飞机飞行状态并不能够总是与地平行，因此，所采集的数据与实际数据存在一定的偏差。在数据后处理系统的作用下，就可以修正所采集的数据，确保数据的准确性、可靠性。
（6）通信系统。通信系统是用于数据交换与传输的系统。在通信系统的作用下，就可以保证通信质量，提高数据交换与传输水平。当前，我国不断地升级通信系统，希望有效发挥通信系统的功能。
（7）发射与回收系统。发射系统是用于飞机起飞的系统，在发射系统的作用下，飞机就可以在起飞时获得助力，从而进入常规飞行状态。回收系统是在飞机完成任务后能够安全着陆的系统。发射系统是在无人机飞行初始环节中发挥着重要作用，而发射系统在无人机飞机最终环节中发挥着重要作用。
2.1 提出任务
相关人员提出无人机遥感测绘任务，明确测绘目标，确定测绘区域地点、范围、内容等，而测绘人员则接受任务，依据相关要求、规范，构建完善的测绘方案，制定合理的测绘计划，为无人机遥感测绘技术的高效应用奠定基础。
2.2 航线设计
航线设计水平影响着无人机遥感测绘任务的完成水平、飞行安全等。在飞行作业前，有必要科学设计航线。航线设计的方法如下介绍：（1）基于目标快速定位的航线设计。在设计航线时，应先了解飞行目标，清楚飞行高度，再确定航线。这样不仅可以保证飞行效率，而且可以有效完成飞行任务。（2）基于区域影像获取的航线设计。无人机遥感测绘任务包括测绘范围，对于无人机来讲，其就需要完成区域范围内的测绘任务。航线设计是获得可靠测绘数据的关键，所以要注重基于区域影像获取范围、要求，设计航线。其中，需要计算航带间距、飞行高度以及航带数目、长度等，以此提升航线设计水平。（3）回收航线设计。伞降回收、阻拦回收是常应用的无人机回收方法。在回收无人机中，要提前设计回收点，方便回收。为尽可能地保证回收安全，提高对回收问题的处理水平，还需要设计应急回收点。一般而言，应急回收点应当超过3个。
2.3 申请空域
测绘人员在执行无人机遥感测绘任务前，需要向空域管理部门申请空中作业飞行许可证，防止在飞行作业中与其他飞机发生事故。在申请通过后，才可以执行任务，反正则不能够执行任务。由此可见，申请空域也是执行飞行任务的不可或缺的环节。申请空域对于保障飞行安全具有重要意义。
2.4 飞行作业
飞行作业即无人机执行任务，为提高飞行作业水平，有必要把握飞行作业要点。（1）依据工程测绘方案，确定测区位置，了解测区天气状况。微风或无风且光照充足的天气适合飞行。如果天气情况符合飞行作业标准，就可以飞行，否则，就不可以飞行。在飞行作业中不仅需要注重天气情况，而且需要控制飞行时间。一般而言，上午10点至下午2点是比较适合飞行作业的时间。（2）组装无人机，保证飞行安全稳定；
调试地面系统，便于执行测绘任务；
连接无人机与地面系统，发挥地面系统对无人机监控作用。（3）设置地面系统相机参数、航线等，为顺利完成测绘任务提供可靠的保障。（4）操作地面系统，以完成对无人机起飞方式、航线飞行、图像数据采集等控制工作。在采集了图像数据后，就需要将其传输到地面系统。（5）在飞行的过程中，有时并没有按照原设定的方式采集图像数据，这时地面控制人员就要根据测绘任务执行情况，调整航行路线。在这种情况下，无人机就可以补拍测绘区域图像，从而真正地完成测绘任务。（6）在无人机完成测绘任务后，就需要返航，降落到地面。（7）检查无人机采集的图像数据，如果所采集的图像数据符合相关标准规范，符合测绘任务要求，就需要加工、分析这些数据信息。否则，就需要安排时间，执行飞行任务，以便获得有效的图像数据信息。
2.5 遥感影像处理
在获得遥感影像后，还需要对遥感影像进行处理，以此发挥遥感影像价值，为工程测绘、工程建设提供依据。遥感影像处理的要点如下：首先，对图像数据进行预处理，即将图像数据转化为后期处理所需的格式数据文件，保证后期处理效率。其次，将上一步骤处理的数据进行加密。航带法、光束法常被应用在数据加密中。其中，航带法优点为计算速度快，不过准确度不太高；
光束法计算机精度高，但是计算速度慢。相关人员可以根据实际需求选择航带法、光束法加密数据。最后，进行DEM、DOM制作。通过自动匹配生成DSM，滤波后生成DEM，经数字微分纠正、数字镶嵌后，可生成数字正射影像（DOM）。为保证遥感影像处理效果，一定要按照相关规范处理遥感影像。
3.1 测区概况
本项目需对公路进行测绘，以辅助公路设计选线，成图比例尺为1:1000。测绘区域位于市区北，而测区分类、区域、范围，见表2。测区主要为农区，地物简单、居民地少，但是植物茂盛，并且植物生长范围广、面积大。测试当天天气状况好，利于执行测绘任务。
表2 测区范围
3.2 无人机遥感测绘设备
在工程测绘中应用无人机遥感测绘设备有助于提高测绘效率，获得真实、可靠的图像数据。因此，本次在工程项目测绘工作中就使用了无人机遥感测绘设备。其中，选用IRSA-II型油动无人机+Nikon D800数码单反相机，而无人机则采用了二冲程发动机。通过合理选择无人机遥感测绘设备，就容易起到事半功倍的测绘效果。
3.3 无人机遥感测绘作业
（1）航线敷设。测区呈带状分布，无人机沿着带状的线路飞行即可。在无人机飞行前，做好了起降场地的选择工作。即做好了航线敷设方面以及无人机起降方面的工作。在完成测区图像摄影任务后，需要检查图像质量。其中，需要从一般航向重叠、一般旁向重叠、测区成图面积、实际航飞面积、影像目视效果等角度检查图像质量。经过检查与分析，该无人机摄影质量符合相关依据，有助于实现测绘目的，因此不用补飞。
（2）外业航摄测量。在无人机遥控起飞至200m高度后切换为地面站自驾模式。在本次项目中共飞行法了4个架次，获得了符合相关标准规范的影像数据。
（3）外业像控测量。在本项目中，沿着测区周边、内部以5～6条摄影基线均匀布设，共布设像控77个，人工铺设地标、GPS-RTK测量。
（4）外业质量检查。经过检查发现，影响清晰、色差色调适中，有助于为公路设计选线提供科学依据。另外，影像地面的分辨率为0.10m（最大不超过0.12m），航向、旁向重叠度平均为73%、74%。此外，像控点满足1:1000像控测量精度要求。总而言之，外业质量检查合格，图像数据资料具有实际应用价值。
3.4 内业数据信息处理
设备配置是内业数据信息处理的基础，内业处理流程则是内业数据信息处理的依据，本次主要从设备配置、内业处理流程两个角度研究了本项目中涉及的内业数据信息处理事项。
（1）设备配置。设备的性能影响着测绘效果，在本次项目中主要应用了来自武汉适普软件有限公司的软件、设备。所应用的设备类型以及数量具体如下介绍：数据工作站1台；
空三加密软件2套；
数据编辑软件5套；
高配置计算机5台。通过将这些软件与设备应用在本次测量工作中，就可以更好地确保公路路线选择效果。
（2）内业处理流程。该项目的业务处理流程包括数字航空影像、自动空中三角测量、定向、横线影像生成、影像自动匹配吧、等视差曲线编辑、DEM的生成、DEM拼接、等高线生成、DEM裁切、DEM接边、检测、成果检查整理及验收等多个流程。在内务处理流程中，成果检查整理及验收是最后一步。在本次项目中，测区DOM、DEM数据质量符合相关规范标准。所以，成图精度高，可以被作为公路路线选择依据。
综上所述，无人机遥感测绘技术对于推动工程建设事业发展具有重要作用。当前，无人机遥感测绘技术已经进入一个新的发展阶段，大大提升了应用价值。现如今，无人机遥感测绘技术常被应用在工程测绘中。经过使用无人机遥感测绘技术，工程测绘的成本逐渐降低，测绘质量不断提高。所以，无人机遥感测绘技术更是得到了人们的广泛关注。为进一步强化无人机遥感测绘技术应用效果，有必要考虑各种与测绘工作相关的要素，构建完善的工程测绘规划，科学利用无人机遥感测绘技术完成测绘任务，进而为工程建设提供真实、全面的信息依据，从而提高工程的建设质量。
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