无人机（jī）航测系统可行性分（fèn）析

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随着我（wǒ）国经济的快速发展以及科技进（jìn）步，自动（dòng）控制技术（shù）、GPS定位导（dǎo）航（háng）技术、航空遥感（gǎn）测（cè）绘技术以及无线电通信等技术的发展（zhǎn），无人机的使（shǐ）用（yòng）已从军事领域拓展（zhǎn）到许多民（mín）用领域，如地形（xíng）测绘、灾情监测、林业调查（chá）、农作物监测等。其中利用无人机航空摄影测量能够 完成（chéng）工程建设规划及巡查任务。

1. 无人机摄影测量技（jì）术概述

无人机(unmanned aerial vehicle)是（shì）一种（zhǒng）由无线电（diàn）遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。近年来（lái）地理空间信息技术取得了飞速的发展，尤其是灵活机动、具有快（kuài）速响应能力的轻小型航空，更是在.近几年迅速成长，成为（wéi）航空遥感领域一（yī）个引人注目的亮（liàng）点。

无人机航测（cè）技术体（tǐ）现了无（wú）人机与测绘的（de）紧密结合同时也提供了更 的测绘方式。经（jīng）实验（yàn）证明，无人机（jī）航（háng）测技术完全可以达到1:1000国家航（háng）空摄影测量规（guī）范的要求。

1.1无（wú）人（rén）机航测特点

 统由于航（háng）空遥感平台及传感器的限制（zhì），普通的航空摄影测量手段（duàn）在获取小面积、大比例（lì）尺数（shù）据（jù）方面（miàn）存在成本高、性价比差等问（wèn）题。具有（yǒu）低成本和机（jī）动灵活（huó）等诸多优点的低空无人（rén）机（jī）遥感能（néng）在小区域（yù）内快速获取高质量（liàng）遥感影像（xiàng），是国家（jiā）航空（kōng）遥感（gǎn）监测体（tǐ）系的重要补充，是航空遥（yáo）感的未来发展方向。在当今卫星遥（yáo）感和（hé）普（pǔ）通航空遥（yáo）感蓬勃发展的形势（shì）下，轻小（xiǎo）型低空遥感是粗中细分辨率互补的立（lì）体（tǐ）监测（cè）体（tǐ）系中不可缺（quē）少的（de）重要技术手段。

低空无（wú）人机遥感系统（tǒng），作（zuò）为卫星遥感与普通航空摄影不可缺少的补充，它（tā）有如下优（yōu）点：

无人机可以超低空（kōng）飞行，可在云下飞行航摄，弥（mí）补了卫星光（guāng）学（xué）遥感和普通航空摄影经常受云层遮（zhē）挡获取（qǔ）不到影像的缺陷；

由于（yú）低空接近目标，因此（cǐ）能以比卫星（xīng）遥感和普（pǔ）通（tōng）航摄低得多的代价得到（dào）更高（gāo）分辨率的影（yǐng）像；

能实现适应地形和地物的导航与摄像控制，从而得到多角度、多建（jiàn）筑面的地面（miàn）景物影（yǐng）像，用以支（zhī）持构建城（chéng）市三维景（jǐng）观模（mó）型，而不局限于卫星遥感与普通（tōng）航（háng）摄的（de）正射影像常规产品；

使（shǐ）用成本低，无人机体形小（xiǎo）, 耗费低, 对操作员（yuán）的（de）培（péi）养周期相对较（jiào）短。系的保（bǎo）养和维修简便（biàn）, 同（tóng）时（shí）不用租赁起飞和停放场地，可以无需机场起降，因而灵（líng）活机动，适应（yīng）性强（qiáng），容易成为用（yòng）户自（zì）主拥有的设备；

回避了飞行员人身 的风险；

比（bǐ）起野外实测而言，无人机（jī）航测（cè）方法具有周（zhōu）期短、效（xiào）率高、成本低等特点。

对于面（miàn）积较小的（de）大比例尺地形测量任务（wù）(10-100平方公里)，受天气和空域管（guǎn）理（lǐ）的限制较多，成本高；而采用全野外数据采集方法成图，作业（yè）量大，成本也高。

而（ér）将无人机遥感系（xì）统进行工程（chéng）化、实用（yòng）化开发，则可以（yǐ）利（lì）用它机动、快速、经济等（děng）优势，在阴（yīn）天、轻（qīng）雾天也能（néng）获（huò）取合格的彩色影像，从而将大量（liàng）的（de）野外工作转入内业，既能 劳动强度，又能提高作业的技术水（shuǐ）平和精（jīng）度（dù）。

1.2国内无人机发（fā）展（zhǎn）现（xiàn）状

国内无人机近几年来发展比较快，而除军事用途外，由于无人（rén）机成本相对较低（dī）、无（wú）人（rén）员伤（shāng）亡风（fēng）险（xiǎn）、生（shēng）存能力强、机动性能好、使用方便等的优势（shì），使得无人机在（zài）航空（kōng）拍照、地（dì）质（zhì）测量、高压输（shū）电（diàn）线路巡视（shì）、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查（chá）、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域（yù）应用前景极为广阔。正是（shì）因为看到未来无人机的民用（yòng）市场潜力巨大，除一些科研院所外，民营（yíng）企业也开始（shǐ）介（jiè）入无人机市场（chǎng）。目（mù）前粗略估计 约有170多家单位在生产无人机。

2.无（wú）人机（jī）系（xì）统介绍

无人（rén）机系统结合了无人机技术（shù）和摄（shè）影测量技术，是较传统方式更为灵（líng）活的航测平（píng）台。无人机系（xì）统可（kě）快速为用户获取采用传统方式需要较长（zhǎng）项目周期（qī）和高昂费用才能获取的正射（shè）影像图（DOM）和数字地表模型（DSM），可应用在（zài）各个领域，包括灾（zāi）害应（yīng）急制图、水文地（dì）质、基础测绘、国土（tǔ）规划（huá）、地理国情监测、矿（kuàng）山、公路、铁路、水利电力（lì）等带状地（dì）物测图等（děng）等。

旋翼无人机

2.1无人机系统（tǒng）组成

无人机系（xì）统都是（shì）由硬件与软（ruǎn）件组成（chéng）。

2.1.1硬件（jiàn）

配有电子（zǐ）控制装置的（de）无人飞机

发射架或（huò）旋翼

备（bèi）用机身

地面控（kòng）制器（qì）或手机APP

无（wú）线通讯模块(2.4 GHz)

数（shù）码相机（已标定）

电池（chí）充（chōng）电器

高性能锂电池（chí）或燃油

备用件

2.1.2软件（jiàn）

系统（tǒng）软（ruǎn）件包括外业控制软件与数据后处理（lǐ）软件。

（1）外业（yè）操（cāo）作控制软（ruǎn）件

通过该软件可实现飞行任（rèn）务设计、飞行规（guī）划、飞行操作与控制、飞行成果质量（liàng）检（jiǎn）查与分析。

              图2无人机系统飞行任务设（shè）计（jì）

图3无人机系（xì）统飞行规（guī）划

（2） 数（shù）据后（hòu）处理（lǐ）软件，包（bāo）括Global Mapper，Pix4Dmapper等                                           

该（gāi）软（ruǎn）件提供简易、直（zhí）观的（de）数（shù）据处理流程，用于原始（shǐ）数据的处理（lǐ），提取各（gè）种成果数据，如（rú）正射影像、数字（zì）高程模型（DEM）、KML格式数据（jù）、3D模型（xíng）数据（jù）以及（jí）点云数据（jù）等。

      图4  无人机（jī）后处理软件（jiàn）Pix4Dmapper数（shù）据导入处理                

     图5  无人机系统（tǒng）后处理软件Pix4Dmapper——生成正射影像

图6  无人机系统后处（chù）理（lǐ）软件Pix4Dmapper——生成数（shù）字表面模型（DSM）

2.2  无人机系统的特点（diǎn）与优势

作为全新一代的（de）无人机航空摄影（yǐng）测（cè）量测量系统，具有以下（xià）特点与优（yōu）势：

1. 云下自主飞行，作业（yè）航高在（zài）75~750m。

2. 操（cāo）作简单、方便快捷、快速（sù）

3. 自动化数（shù）字图像处理

4. 中（zhōng）小区域测图，地面采样间隔（GSD）达（dá）到2.4cm

5. 高频率、多（duō）时相扫描拍摄覆盖整个测区（qū），全自动地采集高分（fèn）辨率（lǜ）原始数字图像，并且每条航带上的数字图像都具有GPS位（wèi）置与飞（fēi）行（háng）姿态信息。

6. 随时（shí）获取目标区域图（tú）像（xiàng）

7. 作业 、无污染

8. 高端黑盒电子产（chǎn）品(内在)+可更换的外形

9. 充分满足（zú）各种（zhǒng）环境所需

10. 测绘（huì）级别产品

2.3 无（wú）人机系统（tǒng）的（de）工作（zuò）原（yuán）理（lǐ）

无人机系统是以无（wú）人驾驶飞行器（qì）为（wéi）飞（fēi）行平台（tái），搭载数码相机进行图像采集，以（yǐ）获取高分辨率（lǜ）遥感数据（jù）为应用目标，通过3S技术在（zài）系统中的集成应用（yòng），达到（dào）实时对地观测能力和遥感（gǎn）数据快（kuài）速处理。飞行前先通过地面控制平台电（diàn）脑或（huò）手机APP来制定飞行作业计划，如测（cè）区范围、起飞（fēi）降落位置、飞（fēi）行（háng）航（háng）高、影像重叠率及风向（xiàng）等参数的确定（dìng）。系统（tǒng）中的飞行任务设计软件根据上（shàng）述参数可自动设计出飞行航线（xiàn）以及起飞降（jiàng）落的位置（zhì），然后利用无线（xiàn）通（tōng）讯模（mó）块将飞行计（jì）划上传至自备的电子控制装置中，然后（hòu）通过无线通讯（xùn）模块与电（diàn）子（zǐ）控（kòng）制装（zhuāng）置协同操纵飞行平（píng）台来完成图像数据采集。

2.4 无人（rén）机系（xì）统的作业流（liú）程

无人机（jī）系统（tǒng）目前已经在很多工程中应用，作业的（de）基（jī）本内（nèi）容包括（kuò）：系统组件连（lián）接与安装、飞行任务设（shè）计、外业数据采集（图像数（shù）据与飞行轨迹数据获取（qǔ））、内业数据处理（lǐ）（图像数据解算（suàn）处理，成果数据提取）等内容。

二．无人机航测系统的应用

目前，无人机已成（chéng）功（gōng）应用多个行（háng）业，主（zhǔ）要应用有：

水利、电力等（děng）能源与（yǔ）环境

基础设（shè）施与工程监测

基（jī）础测绘、土（tǔ）地管理与规划（huá）

植被监测（结合可见光、近红外图像应（yīng）用于精（jīng）细农业与（yǔ）森林保护）

灾情监测（cè）、应急快（kuài）速响应测图

露天矿山测绘

3D建模与（yǔ）可（kě）视化

资产管理

水文、地质、考古研究等

图7  无人机系（xì）统应用（yòng）行业分（fèn）布图

无人机航空摄影测量系统具有（yǒu）高灵（líng）活、快响应、低（dī）成本、实（shí）时等特点与优（yōu）势（shì），与（yǔ）卫星遥感与传统航空摄（shè）影测量相比，尤其（qí）在低空获取高分（fèn）辨率（lǜ）数字图像，输电线路（lù）规划、电厂（变电站）址（zhǐ）地形图像获取，发电厂料堆体积计算、灾害应急响应等方面，无人机系统具有不可替代的作用。

 近（jìn）几年来无人机航（háng）测技术在国内（nèi）开始热（rè）门起来（lái），由于该技（jì）术比起传统测绘技术来，有（yǒu）着极其优越的特性，可获取无以伦比的多层次成果（guǒ）和成万（wàn）倍生产效率的提升；并且（qiě）经过十多年来的飞速发展，该技术已（yǐ）经（jīng）相当成熟，不仅仅是实验室而是已经走向了实用，各大测绘（huì）厂商瞄（miáo）准（zhǔn）了其光（guāng）明的前景（jǐng）而纷纷投入巨（jù）资（zī）参与研发使其进入了（le）批量生产（chǎn）、产业化（huà）应（yīng）用的阶段。

随着经济的（de）发展（zhǎn），无（wú）人（rén）机航测系统从上个世纪末（mò）就开始（shǐ）引（yǐn）进中国，首先是引起了（le）科学研（yán）究（jiū）单位的注意（yì），随着这几年的航测技术和（hé）影（yǐng）响成果的不（bú）断应（yīng）用，人们开始认（rèn）识到该技术的**性和（hé）广阔（kuò）的应用前景。这些运用无人（rén）机航测技术的先（xiān）行者都把这个（gè）技术比做15年来与GPS（ 卫星定位）测量技术一样（yàng）的划时（shí）代的测绘技术，认为（wéi）它像15年前出现在国内（nèi）的GPS技术一样将极大的促进测绘行业（yè）的发展。

无（wú）人机航测技（jì）术将给测绘工作带（dài）来（lái）深刻（kè）的变（biàn）化。

首先从外业数（shù）据（jù）采（cǎi）集上，无人机航测技术是（shì）无接触测（cè）量技（jì）术，这使（shǐ）得它直接突破了传统光学全站仪和GPS技术的限制。使用者（zhě）无需（xū）离（lí）开仪器即可（kě）采（cǎi）集数据，以往难于（yú）到达（dá）目（mù）标（biāo）物的工程项目得以方便的完成（chéng）。如：地（dì）形测量上的高悬的（de）陡（dǒu）崖、隔河流的（de）边（biān）坡监测、危险的（de）滑坡地段，有（yǒu）毒（dú）区域（yù）的测量（liàng）、危险的（de）高压电力设施等等。这些项目在以往是很难或者无法完成的高（gāo）技术高（gāo）“含金量”的项目，有（yǒu）了无人机航测系统， 系数大（dà）大提高。

当然，该技术用在较（jiào）为普（pǔ）通的项目上也很有意义，因（yīn）为它面（miàn）式扫描（miáo）测量、需（xū）要跑棱镜或者安（ān）放GPS接受机的工作（zuò）变（biàn）成“无接（jiē）触、无跑动”的工作，减少了（le）工作量，减少（shǎo）了人力，减少了人为误（wù）差，降低了劳动强（qiáng）度，还提高（gāo）了效率。

另外，无人机航测系统的数据采集速度是常规仪器的数万倍（bèi），极大（dà）地提高了（le）外业工作（zuò）的效率。比如（rú）测绘一个平方（fāng）公里（lǐ）的1:2000地（dì）形图全站仪（yí）人工（gōng）跑棱镜测图（tú），几乎是一（yī）台全（quán）站仪2个（gè）人苦干两天（tiān）的工作，即使是用1+1 RTK技术（shù）也需要2天（tiān），而使用无人机加（jiā）一（yī）个人仅需要不到30分钟。其效率是不言而喻的，效益（yì）也是（shì）非（fēi）常（cháng）明显的（de）。

可能有人会（huì）说航测的内业工作量（liàng）巨大，因为航（háng）片的数据需要人工拼接，处理成图，费时费力。其实（shí）这（zhè）已经是（shì）过（guò）去了，现有（yǒu）软件已（yǐ）经（jīng）很好地实现图幅的自动拼接（jiē）和匹配，数（shù）据的自（zì）动（dòng）化处（chù）理成都（dōu）也（yě）很好，而且数据（jù）精度可靠、整体一（yī）致性好。

在航（háng）测（cè）后处理软件（jiàn）里，数据可以任意的裁剪、取（qǔ）样。如（rú）选择不同的区域（yù）作不（bú）同的（de）处理，可（kě）以任意按需抽取（qǔ）一部分数据或者去掉一（yī）部分数据。如，可以自定（dìng）将地形上特（tè）征地物进行提（tí）取。

当（dāng）然，航测数据处理更多的是利用自（zì）动、批量处理（lǐ）工具进行的，如批（pī）量生成断面线、任意纵横剖面线、等高（gāo）线（xiàn）生（shēng）成与（yǔ）标注、线（xiàn）状地物的（de）提取和体积（jī）或填挖的计（jì）算等（děng）等；只需（xū）要（yào）选择好操作区域，填入（rù）几（jǐ）个要求数据如等高距、断面间（jiān）距（jù）、填挖平（píng）衡点等（děng），程序即可按（àn）照要求数据自动计算给出结果，这一（yī）个过程远远快于（yú）传（chuán）统手（shǒu）段！

航测数据（jù）经过处（chù）理后将（jiāng）快速的提供高（gāo）质量的视觉（jiào）效果鲜明的二维（wéi）、三维（wéi）成果，比以往（wǎng）的数据表格要更为丰富更（gèng）为直观。

所以，无人（rén）机航测（cè）技术将从（cóng）外业、内业和成果（guǒ）方面深刻而积极（jí）的改变测绘工作。

无人机航测技术不仅（jǐn）仅将大大提升测绘水（shuǐ）平（píng），还将极大的扩展测绘技术的应用面，带来更多业务（wù）提（tí）供（gòng）更多的测（cè）绘（huì）产品。这是（shì）因（yīn）为该（gāi）技术是虚拟现（xiàn）实技术的必要手段，为真3D GIS地理信息（xī）系（xì）统、为矿产（chǎn）业（yè）的开采模拟、为企业（yè）的模拟培（péi）训、数字（zì）化管（guǎn）理和为军队的模拟训练等等提（tí）供必需的基础数据成（chéng）果。

与现代化（huà）的传统测绘工具全站仪和（hé）GPS RTK接收机不同，这些仪器仅能单点采（cǎi）集（jí）数据，仅能（néng）用于测绘上（shàng）测点或者点放样、控制测（cè）量等，无（wú）人机航（háng）测技术以其技（jì）术特色超越了测绘行业的限制。在这个数字化地球、数字（zì）化城（chéng）市（shì）概念深入（rù）人心（xīn）的时代，这个（gè）“视觉经济”时（shí）代，无人机航（háng）测（cè）技术（shù）必将在国民（mín）经济的建设中发挥重要的作用。

目（mù）前，无人机航测技术已经在发达（dá）国家测绘单位中逐渐大范围（wéi）采用。在中国（guó），经（jīng）济的飞速发展，庞大的基础设（shè）施建设规模（mó），使得各行业对无人机（jī）有着（zhe）强（qiáng）劲的需求，再加上门槛（经济、技术）的（de）降低，拥有无（wú）人机的单位（wèi）越来越多，整体呈快速（sù）上（shàng）升趋势（shì）。

无人机航测系统已经相当成熟，体积小巧携带（dài）方（fāng）便；有着简单明了的内外业流程；不一样的是采（cǎi）集（jí）方法更简（jiǎn）单，设定完参数就等（děng）自动飞行采集数据（jù）；因此，一（yī）般测量员即（jí）可操（cāo）作，没有（yǒu）什么高技能要（yào）求。内（nèi）业的操作同样是（shì）自动化程度（dù）高，一般（bān）的内业数据处理人员（yuán）即（jí）可掌握（wò）。