無人機(jī)影像處理技術(shù)在測繪工程中應(yīng)用

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[摘要]在本文中，筆者論述了在測繪工作中應(yīng)用無人機(jī)影像處理技術(shù)的工作類型和優(yōu)勢，并結(jié)合當(dāng)前測繪工程的工作現(xiàn)狀，提出了幾點(diǎn)應(yīng)用策略。

[關(guān)鍵詞]無人機(jī)影像處理技術(shù)；測繪工程；應(yīng)用策略

引言

將無人機(jī)應(yīng)用到測繪工程當(dāng)中能夠有效降低測繪工作的難度，避免工程建設(shè)中一些不穩(wěn)定問題的出現(xiàn)。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)遙感測繪基礎(chǔ)會(huì)成為未來測繪工程的中堅(jiān)力量。

1在測繪工程中應(yīng)用無人機(jī)影像處理技術(shù)的概述

測繪工程工作是指對某一區(qū)域、空間進(jìn)行測量工作，并結(jié)合測量的數(shù)據(jù)繪制該區(qū)域的地形圖。測繪工程工作能夠?yàn)轫?xiàng)目工程建設(shè)提供測繪數(shù)據(jù)、圖像和施工的具體信息，一般在項(xiàng)目工程建設(shè)之前完成。無人機(jī)影像處理技術(shù)一般是指遙感影像技術(shù)，較多見于工程測繪工作當(dāng)中[1]。無人機(jī)影像處理技術(shù)并不需要過高的資本投入，且具有操作靈活的優(yōu)勢，極大程度地滿足工程建設(shè)對于一些危險(xiǎn)地區(qū)、復(fù)雜地區(qū)的地質(zhì)地貌、水文地質(zhì)的勘察工作需求。無人機(jī)影像處理技術(shù)的功能比較多，操作人員可根據(jù)無人機(jī)的型號(hào)來挑選適合的攝像機(jī)設(shè)備，在成功搭配之后就能夠?qū)σ獪y繪的地域進(jìn)行多角度的測繪。

2在測繪工程中應(yīng)用無人機(jī)影像處理技術(shù)的優(yōu)勢

在測繪工程中應(yīng)用無人機(jī)影像處理技術(shù)的優(yōu)勢主要有以下三點(diǎn)。第一，圖像更加高清。在進(jìn)行地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件等方面的測繪工作時(shí)，工作人員可借助無人機(jī)的遙感觀測技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測，并在高空中利用高清攝像系統(tǒng)對監(jiān)測對象進(jìn)行航拍。工作人員通過對攝像軟件系統(tǒng)進(jìn)行控制，調(diào)整無人機(jī)攝像的精準(zhǔn)度，用以適應(yīng)不同地理?xiàng)l件下的工程測繪工作，滿足建設(shè)項(xiàng)目對高清攝像、實(shí)時(shí)定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控等工作內(nèi)容的要求。第二，監(jiān)測的范圍具有可控性。在比較復(fù)雜的環(huán)境下作業(yè)時(shí)，一般的測繪技術(shù)并不能夠取得理想的數(shù)據(jù)和圖像。工作人員通過結(jié)合無人機(jī)影像處理技術(shù)，運(yùn)用無人機(jī)的遙感監(jiān)測技術(shù)調(diào)整了監(jiān)測的范圍和規(guī)模，利用三維形式對傳統(tǒng)檢測項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行了集中顯示，提高了工程檢測的準(zhǔn)確度。第三，監(jiān)測率高。傳統(tǒng)的測繪工作對人員的技術(shù)要求較高、工作效率低，在對于一些復(fù)雜環(huán)境、高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境進(jìn)行測繪工作時(shí)，總會(huì)面臨著難以預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。將無人機(jī)影像處理技術(shù)投入到測繪工程當(dāng)中，能夠讓工作人員在第一時(shí)間掌握項(xiàng)目施工的情況，用數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)并規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保證項(xiàng)目建設(shè)能夠順利進(jìn)行。

3在測繪工程中應(yīng)用無人機(jī)影像處理技術(shù)的工作類型

第一種類型是征地測量。一般情況下，所征收的土地地形平緩，具有開闊的視野和有秩序的整齊土地，受所征收土地的地形、地貌特點(diǎn)的影響，征地測量工作對于技術(shù)的要求并不高，測量難度不大[2]。但是，由于征地測量一般是在野外進(jìn)行的，所征收的土地的范圍也比較大，這項(xiàng)工作對于測繪人員的體力要求、耐力要求比較高。在長時(shí)間的持續(xù)工作情況下，測繪人員使用無人機(jī)影像對征地進(jìn)行測量的工作效率降低，導(dǎo)致征地測量準(zhǔn)確度不高，對于接下來的測繪工作帶來影響。第二種類型是農(nóng)村建設(shè)繪制測量。由于多數(shù)農(nóng)村的地形、地貌較為復(fù)雜，且面積廣闊，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)村城市化建設(shè)的工作中，測繪工作無法高質(zhì)量的展開，從而影響了農(nóng)村建設(shè)的工作效率。將無人機(jī)影像處理技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)村建設(shè)繪制測量工作當(dāng)中，能夠?qū)ζh(yuǎn)山區(qū)農(nóng)村房屋、水電、交通等情況進(jìn)行精準(zhǔn)地測繪，并生成地圖，方便工作人員開展農(nóng)村建設(shè)工作。第三種工作類型是地形圖的測繪。無人機(jī)最重要的使用方向就是繪制地形圖，將無人機(jī)影像處理技術(shù)應(yīng)用到地形圖的測繪工作當(dāng)中，能夠滿足地形圖對精準(zhǔn)度的要求，繪制出高質(zhì)量的地形圖。地形圖對于工程建設(shè)工作的影響非常巨大，將準(zhǔn)確度地的地形圖應(yīng)用到工程建設(shè)過程中，很可能會(huì)導(dǎo)致工作事故的發(fā)生，造成工作人員生命與財(cái)產(chǎn)的損失。第四種類型是土石方測量工作。在種種測量工作當(dāng)中，土石方測量對于技術(shù)的要求比較高，人力測量土石方會(huì)面臨危險(xiǎn)，而且測量工作的質(zhì)量、效率并不理想。將無人機(jī)影像處理技術(shù)應(yīng)用到土石方測量工作當(dāng)中，不僅能夠得到土石方量的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，還能夠避免不必要人力資源、財(cái)力資源的浪費(fèi)，大大提升工程的施工效率。同時(shí)，運(yùn)用無人機(jī)影像處理技術(shù)測量土石方量的方法十分便捷，根據(jù)工作人員設(shè)置的固定數(shù)值，無人機(jī)飛行在固定的高度上，只需對飛行軌跡、圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，就能夠測繪出土石方量。

4在測繪工程中應(yīng)用無人機(jī)影像處理技術(shù)的注意事項(xiàng)

在進(jìn)行工程測繪工作過程中，為了最大程度的發(fā)揮無人機(jī)影像遙感測繪技術(shù)的優(yōu)勢，滿足項(xiàng)目施工對高質(zhì)量測繪數(shù)據(jù)的需求，相關(guān)工作人員要加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)備的維護(hù)意識(shí)，階段性地對設(shè)備進(jìn)行檢查和調(diào)試。第一，測繪人員要以項(xiàng)目施工對測繪工作的具體要求進(jìn)行設(shè)備的調(diào)整，遵守質(zhì)量檢測的標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備進(jìn)行全方位的檢查[3]。第二，為保證在測繪工作中相關(guān)設(shè)備能夠良好的運(yùn)行，測繪人員要加強(qiáng)對無人機(jī)通信設(shè)備、電源系統(tǒng)、地面電臺(tái)等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行檢查。第三，為了避免在測繪工作過程中出現(xiàn)重疊、航線彎曲的問題，測繪人員要定期對影像質(zhì)量、清晰度、色彩效果等內(nèi)容進(jìn)行檢查。為了提高無人機(jī)遙感測繪工作的效率，測繪人員要提高對像控點(diǎn)測量流程的生機(jī)。一方面，根據(jù)無人機(jī)實(shí)際的拍攝角度，對拍攝區(qū)域自由網(wǎng)的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，通過影像技術(shù)在第一時(shí)間生成自由網(wǎng)快拼圖。另一方面，對目標(biāo)測繪地形、地勢進(jìn)行綜合評估，并調(diào)整針對性的像控點(diǎn)測量方案，控制像控點(diǎn)攝像的質(zhì)量。此外，在無人機(jī)遙感測繪工作過程中，工作人員不能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)進(jìn)行隨意刪除或修改，也不能對已設(shè)定的操作指令進(jìn)行更改。

5在測繪工程中應(yīng)用無人機(jī)影像處理技術(shù)的具體策略

5.1應(yīng)用畸形改正技術(shù)，提高圖像的真實(shí)性

與普通的影像處理技術(shù)不同的是，在進(jìn)行無人機(jī)測繪過程中，工作人員較多使用的是非量測相機(jī)，而用大比例尺進(jìn)行測量時(shí)，工作人員使用的都是常見的單反相機(jī)，一般與定焦鏡頭搭配使用，因此時(shí)長有拍攝畸形的現(xiàn)象發(fā)生。在進(jìn)行剖面數(shù)據(jù)的提取時(shí)，某些地震資料會(huì)有多路編輯、重新取樣、重新排列的現(xiàn)象發(fā)生，這時(shí)技術(shù)工作人員要進(jìn)行修正工作，在完成修正后獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息[4]。無人機(jī)影像技術(shù)很大程度上受到衛(wèi)星遙感和航空遙感技術(shù)的影響，在具體的測繪工作過程中能夠進(jìn)行無人遙控的低空飛行，可以從多個(gè)角度獲取高質(zhì)量的圖像，保障獲取圖像的分辨率和圖像的真實(shí)性。

5.2應(yīng)用空三加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)控制點(diǎn)加密

空三加密技術(shù)是在無人機(jī)影像技術(shù)中最為重要的一項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容，對工作人員的操作技術(shù)要求比較高，這一環(huán)節(jié)工作的質(zhì)量高低對于接下來的工作準(zhǔn)確度有著很大的影響。運(yùn)用空三加密技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)控制點(diǎn)加密，計(jì)算出加密坐標(biāo)的具體平面位置，一般是在野外控制坐標(biāo)的支持下空中進(jìn)行三角測量工作。目前，解析空三加密技術(shù)、模擬空三加密技術(shù)在測繪工作中比較常見?？杖用芗夹g(shù)的運(yùn)用流程較為復(fù)雜，可簡單分為空三數(shù)據(jù)預(yù)處理、初始構(gòu)網(wǎng)、對連接點(diǎn)進(jìn)行精確匹配、去除漏匹配點(diǎn)、增加連接點(diǎn)數(shù)、控制網(wǎng)平差等環(huán)節(jié)?？杖用芗夹g(shù)不會(huì)受到被測量地點(diǎn)區(qū)域大小的限制，能夠完成區(qū)域內(nèi)部精度均勻的測量工作，控制野外測量工作的成本，大幅提升工作效率。

5.3應(yīng)用大比例尺技術(shù)，完成地圖繪制工作

進(jìn)行測繪工作需要建立在同一的測繪基準(zhǔn)和測繪系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上。在測繪工程方面，我國對比例尺地圖進(jìn)行了明確的規(guī)定，比如1：100、1：500、1：1000、1：5000、1：10000等[5]。在應(yīng)用大比例尺技術(shù)開展無人機(jī)遙感測繪工作時(shí)，工作人員需要掌握無人機(jī)影像航測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，對地面控制系統(tǒng)、空中控制系統(tǒng)、影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的工作流程有清楚的認(rèn)知。由于在無人機(jī)飛行拍攝過程中都使用的是非量測相機(jī)，其拍攝的影響也會(huì)發(fā)生光學(xué)畸變現(xiàn)象，被拍攝區(qū)域的實(shí)際地形、地貌、地理位置與圖片偏差，需要相關(guān)技術(shù)人員要對圖片進(jìn)行矯正。此外，在應(yīng)用大比例尺技術(shù)進(jìn)行地圖繪制工作時(shí)，測繪人員要根據(jù)實(shí)際的測繪情況使用無人機(jī)，科學(xué)合理地選擇恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用無人機(jī)飛行平臺(tái)，并對其進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)定。通常情況下，在使用大比例尺技術(shù)進(jìn)行測繪工作時(shí)，無人機(jī)會(huì)需要一些轉(zhuǎn)彎技術(shù)、緩沖技術(shù)，工作人員要通過專業(yè)的技術(shù)手段進(jìn)行調(diào)控，才能確保拍攝效果令人滿意。

5.4應(yīng)用數(shù)據(jù)處理技術(shù)，提高平面點(diǎn)測繪精度

無人機(jī)拍攝技術(shù)與傳統(tǒng)的拍攝技術(shù)不同，無人機(jī)設(shè)備在飛行過程中所得到的影響大多處于不規(guī)則的排列狀態(tài)，在旋偏角、俯仰角等角度的選取都比平時(shí)的攝影角度更大一些[6]。同時(shí)，受到航向的影響，所拍攝的影像重疊度較大，但模型卻比較小。在此問題的影響下，空三角測量數(shù)據(jù)的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)誤差，空三自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)的成功率會(huì)降低，相關(guān)技術(shù)工作人員的工作內(nèi)容會(huì)大幅提升。由于拍攝影響的模型比較小，在測繪工作中需要技術(shù)人員經(jīng)常切換模型，導(dǎo)致技術(shù)人員的工作效率降低。因此，相關(guān)技術(shù)人員要在測繪工作過程中加強(qiáng)人工干預(yù)，重視對相關(guān)軟件的解算工作，降低測區(qū)分區(qū)，以實(shí)現(xiàn)測繪圖像精度和準(zhǔn)度符合行業(yè)內(nèi)部技術(shù)規(guī)范的目標(biāo)。此外，在大氣氣流、相幅的影響下，測圖接邊工作會(huì)受到干擾，立體像會(huì)將高程誤差體現(xiàn)出來。因此，相關(guān)技術(shù)人員要加強(qiáng)對高程精度的把控，嚴(yán)防模型之間高程誤差的產(chǎn)生。5.5應(yīng)用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，提高后續(xù)計(jì)算便捷性數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)一般被應(yīng)用與數(shù)據(jù)預(yù)處理工作當(dāng)中。由于無人機(jī)影像技術(shù)的數(shù)據(jù)庫太大，數(shù)據(jù)用以受到其他數(shù)據(jù)、空缺數(shù)據(jù)和不一致行動(dòng)人數(shù)據(jù)的侵?jǐn)_，工作人員要應(yīng)用預(yù)處理技術(shù)，比如清理數(shù)據(jù)、集成數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)規(guī)約等方式，提高所獲得的數(shù)據(jù)的質(zhì)量。例如，在測繪過程中要對地球物理面積性觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行大量增強(qiáng)或轉(zhuǎn)換處理，就需要借助數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，將無規(guī)律的測繪網(wǎng)轉(zhuǎn)換為有規(guī)律的規(guī)則網(wǎng)，方便接下來計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行精確的計(jì)算。

6結(jié)束語

總而言之，在測繪工程中使用無人機(jī)影像處理技術(shù)，能夠提高測繪圖像的真實(shí)性，促進(jìn)室內(nèi)控制點(diǎn)加密、地圖精準(zhǔn)繪制等工作的高效完成。

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作者:張英杰 單位:遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心