无人机技术在测绘工程测量中的应用

一、无人机测绘技术的概述随着无人机技术的不断发展，无人机在很多领域都得到了广泛的应用。在工程测绘中的运用也越来越普及，尤其是近年来在各种光学雷达以及激光设备的加持下，使无人机在测绘领域的优势更加的明显，运用好这些技术手段对于整个测绘及地理信息产业的发展具有重要的意义。(一)无人机遥感测绘的发展历程及国内外研究现状无人机最早是作为军事训练的靶机而诞生的，之后随着通讯技术以及计算机技术的发展不断的更新换代。在遥感测绘领域的应用最初是以油机为主，此类无人机体积和重量较大，操作以手动为主且难度高。之后随着电池技术的发展，无人机不断的小型化、轻便化，在使用上更加的灵活，操作也更加的简便化、智能化。限制因素的减少使测绘无人机迎来了大发展。无人机平台也由最初的以固定翼为主，发展为多旋翼，直升机、垂起固定翼等多类型平台。在无人机的挂载设备上从开始的普通胶片相机逐步发展到专业的数码相机再到现如今的高光谱传感器和激光雷达。无人机越来越得到测绘行业的认可，通过在无人机上搭载先进的专业化设备，能够极大的拓展航测的领域和范围，在基础地理信息测绘，应急保障、城市规划等多方面都得到了广泛的应用。目前无人机测绘在国内外工程测绘领域有极强的应用，也出现了大量的研究成果。在应对自然灾害，土地资源监测利用以及城市规划等方面积累了丰富的经验。尤其在5G技术发展的背景下，在各国的智慧城市建设过程中，无人机航测有着独特的推动作用。无人机测绘技术能够收集并整合城市的基础设施信息，促进城市的智慧化建设，帮助开展城市管理和社会治理等工作。在具体项目的应用中无人机测绘技术充分展现出了其效率高、范围广、准确性好的特点，推动了整个测绘行业的发展。(二)无人机测绘系统构成测绘无人机系统主要由无人机飞行系统、航摄系统和数据采集与处理系统三个部分组成，每一个部分又包含相应的子系统，是计算机技术、GPS技术、通信技术和数据处理等技术的集合体[1]。飞行系统作为执行测绘任务的载体有多个平台，包括固定翼平台和旋翼平台，固定翼又分为滑跑固定翼和垂直起降固定翼。旋翼平台中除了直升机外还有多轴飞行器及旋翼机。航摄系统由光学传感器，稳定云台和定位系统组成，是进行航测的核心部件。(三)无人机遥感技术需求在全球范围内，国土资源测绘领域对无人机技术的应用需求非常广泛，世界各国都对其进行重点研究，并把其列为未来遥感技术发展的重要方向。随着科技的发展和进步，各个专业和领域对遥感数据的要求不断提高、需求不断增加，但获取数据的方法和手段仍相对欠缺。遥感技术是一项以无人机为空中遥感平台的新型技术，他为了适应这一需要应用而生，所以当务之急是要充分利用无人机遥感技术来获取所需的更加详尽的数据资料[2]。如果把无人机技术运用到工程测绘领域，面对复杂的环境，也能够顺利获得相应区域的影像等数据资料，把目标区域内的真实情况如实反映出来，并可以以三维的形式直观展示出来，有效的提升了测绘工作的科学性和严谨性。二、无人机测绘技术的优势现如今，在很多领域都能看到无人机的身影。在工程测绘中对于无人机的应用可以很好的解决复杂环境下传统仪器测量的弊端，极大的提高了数据的准确性和科学性。随着遥感技术的不断发展，影像获取的清晰度也大大的提高，可以为工程测绘提供更加全面和精确的数据支撑。与传统测绘相比无人机测绘优势明显，主要表现为以下几个方面：(一)极大的提高测绘工作的效率作为一种新型的测绘系统，无人机测绘优势明显，可以在第一时间了解情况并获取第一手的资料，效率非常高。(1)无人机可以实现大范围监测，对于目标区域可以实现长时间，不间断的遥感测绘，通过搭载的高清摄像头可以快速的捕获到监测区域的高清影像信息，极大的提高了测绘的效率。(2)在大面积测绘的基础上，运用先进的多光谱分析技术，可以实现对地表各项信息的综合分析，使数据获取能力得到质的提升，通过三维的实景建模，还可以对所监测区域进行实景展示，为相关部门进行整体的规划提供参考。(3)采集和处理数据的效率高，对高分辨率的影像可以实现快速的信息提取，通过专业的软件实现高效的航飞数据处理。(二)数据精确度高无人机遥感技术作为一种新型技术融合了多种现代科技成就，包括GPS技术，飞行控制技术，无人驾驶技术。通过这些技术的应用使数据的精确性得到了极大的提高。在实际测绘中能够更好地保障测图及数据的精度。(三)测绘成本低无人机技术操作相对的简单，与传统意义上的制图和测绘技术相比较，在实际应用中，无人机技术员经过简单的短期培训即可上岗工作。另外，无人机能够降低费用成本，提高测量和制图的准确性。无人机机型较小、成本费用较低、系统的保养和维修简便。在某些发展较快的城市或地区，旧城频繁改造，变化周期短，若采用传统的工程测量技术，不仅会使费用增加，耗费的时间也会大大增加，所以利用无人机遥感技术大大节约了成本，满足了测绘的需求。三、无人机在工程测绘中的应用随着无人机技术的不断进步，其在很多领域中都得到了广泛的应用。相比与传统测绘其在工程测绘领域的优势非常的明显，有极高的发展前景。下面通过具体的工程实例，来对其进行探讨。(一)无人机倾斜摄影测量技术在河道监测中的应用本文以河道测绘工作为实例，在河道构筑物调查及土地资源利用情况工作中应用无人机测绘技术进行探讨。完成整个测绘任务需要分四个步骤实施：测绘数据采集、数据处理、数据生成和数据的利用[5-6]。为了达到要求的数据精度，需要在航飞区域内布设大量的像控点并用仪器测出其坐标点。在飞行过程中需要掌握好飞行高度，通过既定的路线和搭载的航拍设备采集漳河流域河道内构筑物影像资料。为了确保正射影像的平面精度，数字正射影像的地面分辨率均取倾斜航空摄影的最高分辨率，如航摄地面分辨率为2cm，则数字正射影像地面分辨率取2cm。数字正射影像的生产采用新的生产工艺流程，首先将倾斜空三结果的下视影像EO成果导入PhotoMod等摄影测量软件中：然后将倾斜摄影软件匹配的三维点云数据进行抽稀，并将DEM成果导入至摄影测量软件内，直接进行数字正射影像的纠正[7-8]。用ccmaster进行三维模型的生产，以实际项目中fid10图斑生产作为实例。导入影像和pos点后进行空三运算，之后导入控制点坐标完成刺点后再次进行空三运算。查看精度报告可知控制点的平面中误差为0.006m，高程中误差为0.001m。检查点的平面中误差为0.023m，高程中误差为0.015m。精度报告符合设计规范的要求小于0.05m，由此可用于三维模型的生产。通过此报告可知整个飞行数据的获取以及外业控制点的布设及测量的可靠性，对三维模型的生产具有重要的意义。(二)露天矿山开采中无人机航测技术的应用露天矿山一般处于深山野墺之中，具有险峻复杂的地形地貌。利用传统的测量方法，不仅难度比较大，而且效率低，成本高，如何能采用一种比传统办法更高效的测量手段，并把它应用在露天矿山建设、开采、恢复等全过程，是测绘测量工作者梦寐以求的愿望。近几年，随着无人机技术的推广运用，一些矿山探索用新型轻小型无人机进行航测的尝试，取得不错的效果，为矿山测量开辟了新的途径。但是，从现有的成功案例来看，这项技术还基本处在开发阶段，总体上存在技术不够成熟，应用不够广泛的现象，没有发挥出这项新技术、新手段应该发挥的全部优势；没有做到矿山开发全过程中，充分应用无人机航测所获取的宝贵数据资料，并把它应用于露天矿山的资源开发利用以及改善技术管理水平上。②关于矿区植被情况的调查。在对矿山植被的生长区域进行调查时，使用无人机，不仅能够发挥轻小型无人机拍摄速度快的先进性能，而且能够缩短完成植被生长区域调查所需要的时间，画定植被的覆盖区域，了解植被的生长状况，评价植被的成活率，如果后期需要对植被覆绿情况进行评价，无人机影像可以提供精确的数据参考。通过图像信息的NDVI提取技术，提取植被指数，并以此为参考绘制出矿山原生植被和后期覆绿的状态图斑，汇总草种树种类别、各自的成活率、生长情况等数据，从而得到植被的变化图斑。然后，对现场的实际测量数据进行综合分析，指导工作。在露天矿山的植被覆绿情况的调查和后续的管理中利用轻小型，不但能使劳动强度大幅度下降，更能显著提高工作效率，并有效地保证了调查质量，强化了矿山植被的监控状况。(2)矿山的地形地貌测量和危险源的辨识四、结论无人机技术应用到河道监测中可以高效而清晰的制作出测区的三维模型以及大比例尺地图，从而立体的掌握整个河道内构筑物情况和土地利用情况，有效提升测绘工作的科学性和严谨性，对提高测绘工作效率有积极地意义。2、轻小型无人机航测技术的快速发展，取决于无人机硬件系统、定位系统与控制系统的进步、测量仪器性能及数据处理软件四个方面的突破。与传统的工程测量方法相比较，针对于露天矿山，无人机航测技术能够把其地形地貌以三维的形式较好地展示出来，系统分析矿山范围内植被覆盖情况、生长情况等，同时也可对矿区坍塌、滑坡等危险情况进行监控和标记。3、由于此类型无人机设计体积小，在搭载航摄器材以及电池的耐用性上存在明显的不足也会影响到整个数据的精确性和图传的质量，也在一定程度上影响了无人机航测在露天矿山方面的应用和推广。本文列出了轻小型无人机航测在露天矿山的应用和发展前景，可以很好的应用于露天矿山从开采利用到保护开发的整个周期内，为本行业运用无人机航测提供一定的参考。

参考文献[1]郑团结，无人机数字摄影测量系统的设计和应用，计算机测量与控制,2019年，第一期。[2]孟显卓，工程测绘中无人机遥感测绘技术的应用研究，世界有色金属,2020年，第三期。[3]周永丹，浅谈无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用，科技风,2018年，第十期。[4]贾建军,无人机大面阵CCD相机遥感系统，光电工程,2016年，第三期[5]张祖勋,柯涛,郭大海,等，数字摄影测量网格在汶川大地震中的快速响应，中国工程科学，2020年，第三期