无人机测绘在大比例尺地形图测绘中的应用研究

无人机测绘在大比例尺地形图测绘中的应用研究

赵晓伟

四川省地质环境监测总站四川省成都市610000

摘要：本文基于这一新兴设备平台，着重探讨无人机测绘在大比例尺地形图测绘中的应用。为同行提供建设性意见。

关键词：无人机；测绘；地形；研究

1引言

UAV，也被称为无人机，是无人机的首字母缩写，是一种可重复使用的无人飞行器，由无线电遥控设备和独立的程序控制设备操作。本文基于这一新兴设备平台，着重探讨无人机测绘在大比例尺地形图测绘中的应用。为同行提供建设性意见。

2无人机系统构造及特点

无人机具有成本低、易于操控、用途广泛、没有人员伤亡等诸多优点。起源与1909年的美国，作为一站时期的军事侦察设备使用。随着社会的进步与时代的发展，无人机技术现已广泛用于影视拍摄、工业监控、农业灌溉和抢险救灾等领域。以欧美国家英、法、德为代表的无人机技术也各具特色。

我国的研究起步较晚，在20世纪70年代，中国开始研制自己的无人驾驶侦察机，该飞机在20世纪80年代早期装备了军队。在民用无人机领域，2017-2022年中国多轴无人机行业发展迅速，当前研究并投入使用的无人驾驶飞机多达数百种，市场方面，民用无人机在中国的销量达到40亿元。从2002年到2015年7月，共有15245个与无人机相关的专利申请，其中37.48%的新专利、57.39%的专利和5.13%的专利。

随着无人机配套产业链逐渐成熟，硬件成本不断下降，市场价格回落，无人机（uav）市场意识上升，消费者无人机（uav）客户群从专业发烧友发展到公众，客户呈现指数级。最近几年成爆炸性增长，在技术方面，无人机意见融入到信息全球化的浪潮当中，其中云计算、机器仿真和微观人工智能框架下的函数化软件算法正在飞速发展，不断加强无人机工作效率。在市场资本方面无人机（uav）行业的热情点燃了启动和互联网巨头，红杉资本，红点资本等世界顶级风投机构的消费水平无人机（uav）市场，高通公司，-英特尔、谷歌、腾讯、小米和其他巨头加入，甚至宗申动力，也纷纷涌向无人机制造领域，大量的低成本的无人机（uav）的同质性，市场竞争更加焦虑，整个市场呈现出活跃状态。

3大比例尺测绘航拍运用

一般来说，初始航拍是使用直升机搭载摄影师的方式实现，成本巨大大风险高。此后，出现了在固定翼螺旋桨飞机机身上安装单反相机，极大降低了成本和安全隐患，而摄影器材数码相机的发明，使航拍成本进一步减低，但这种拍摄方式在实际操作过程中精准控制飞行是一件困难的事情。虽然固定翼模型飞机的性能稳定，但在实际飞行中难以长时间停留在目标上空。而遥控直升机产品的类型可以盘旋在这一目标上，但振动问题难以形成有效的控制。后来的无人机＋图传系统成为目前最先进的航拍形式，成本和风险降到最低。当前，无人机航拍通常选择四轴或八轴无人机，搭载云台控制系统进行网络化管理与操作，极大避免了超视距飞行而产生的信号衰减，遥控干扰等问题。

现在的无人机航拍是将机载遥感设备、数码相机等，并根据功能、结构与运行工况选择合适的无人机载体并整合为空中航拍平台。当前在机载遥感设备方面已经由单一的地面遥控式指挥发展到半自动规划路线和智能返航。下一步将在人工智能逐步完善的情况下进行全任务载体化分析和视频远程操控化表征，充分提高无人机航拍质量；

在航拍硬件发展方面，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等等多元复合化信息采集设备可以进行混配使用，丰富了无人机工作业务宽度，加大了获取信息的途径与手段；

在最终的信息收集与数据采集方面，运用计算机进行远程图像信息与数字信息的同步识别处理可以实时进行信息校订与函数化运算，拓展了信息储备方便后续人员使用，所以无人机的航拍应用不仅仅是局限与单纯的提高清晰度。在上述相关专利技术发展领域有着极大的空间。

无人机图传技术即为通过无人机平台上的光学航拍设备捕获的图像信息以信息流的形式发送到地面，通过地面设备接收储存设备的无线传输，需要实现用户数据不丢失，实时信号流畅等标准。这种实时标准能在大地测量、抢险救灾、电力巡检，电影、电视拍摄方面达到最佳用户体验。图传方案普遍是将数据流进行预期核算后进行适当的视频压缩在配合信号处理与加密信道编码。最终在地面接收端进行调制解调。为了获得高清而稳定的数据流快速响应与用户，模拟设备已基本上可以摒弃。未来运用微波无线图传技术可以在飞行高度超过200米的情况下，安装将4G无人机图传DVR模块增程设备进行APN或VPD模式的专网传输。

无人机遥控系统是无人机基本功能不可或缺的部分。其中无人机的飞行控制系统主要包括传感器、机载计算机和伺服动作设备三部分，主要需要实现的功能：无人机姿态稳定与控制；无人机导航与航迹控制；无人机起飞和着陆控制；无人机任务设备管理与控制等。近期有一款法国UAVIA的系统工作台，该平台可以与卫星数据链连接，实现超视线飞行，并基于GPS卫星导航进行坠毁追踪和智能返航。当前，我国拥有绝对自主知识产权的北斗导航系统，可以进行高精度导航定位远超过GPS，未来相关专业市场，将会有更多无人机选用北斗定位的专利。

飞控系统是无人机飞行功能实现的核心，关键作用在于控制无人机处于正常飞行姿态，实现自主或半自主飞行。而当前随着无人机硬件的提升已经发展为四轴、六轴、单轴、矢量控制等多种形式机型。如何实现转弯、爬升、俯冲、横滚等高难度动作是下一步应该研发的主要方向。根据笔者所见，当前市面上基于图形化组态编程的CCA4x多功能飞行控制系统，可以实现飞行及任务控制、飞行数据高速采集、控制系统组态建模设计和半物理仿真等多种功能的预设性集合。使用者能通过不同机型特征进行功能模块化选用，最终搭建出适合自己的结构和流程化应用系统，缩短使用者从理论设计到实际应用过程的距离，实现DIY前提的组态建模、系统辨识、动态仿真。引入人工智能的飞控也是无人机专利的巨大空间，每一次飞行的参赛都被飞控芯片收集分析，然后与大数据库、甚至互联网的飞控参赛进行进化迭代，这样出来的智能化飞控，在若干代升级之后，优秀的算法迭代和飞控芯片与最终效应器会预判任务进行自主飞行。

另外，在无人机电池续航方面始终是难以突破的瓶颈，国内各种品牌电动无人机基本续航在20分钟左右，针对大部分任务来说非常尴尬。电池瓶颈在近期内突破的可能性并不大，尽管石墨烯—铝电极电池在2017年有报道研发成果，但是成本仍然无法实现市场化。这是所有用电设备的障碍。其次是遥控距离信号串扰方面的问题，跟搭载的无线发射装置的功率有极大关系，业界仍然指望更先进的集成芯片和硬件，燃料电池、干电池等等基本上无法用于无人机，电池能量密度和重量两项指标对于无人机来说至关重要，决定了无人机的有效载荷和续航时间。因此无人机能量相匹配的电池专利也是今后无人机专利的一个发展动向。

4结语

综上所述，无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用具有可行性，它能够快速的获得高精度低空影像，加强测绘结果的时效性，经过合理处理之后的高精度低空影像，能够应用于城市变形监测、资源开发、新农村建设、城市规划、重大工程项目、国土资源遥感监测、小城镇建设以及应急救灾等多个方面，在很大程度上促进了我国测绘行业的快速发展，对于国民建设具有十分重要的意义。

参考文献

[1]李勇.无人机航拍图像拼接技术分析[J].工业c，2016（9）：00055-00055.

[2]谢意一.刍议无人机航拍的应用分析[J].电子技术与软件工程，2016（9）：134-134.