无人机遥感技术在市政公用工程中的运用

无人机遥感技术在市政公用工程中的运用

汤淼

身份证号码：430121198703034113

市政公用工程的建设离不开测绘工作而测绘工作具有非常强的专业性，勘察阶段测绘对象包括了地表各种地物、地貌，面对的测绘环境及测量对象差异巨大，任务繁重，而勘察的成果质量对规划设计起着至关重要的作用，因此对测绘技术及成果有着十分严格的要求。在科学技术不断创新发展的今天，测绘技术已由传统的人工脚步测绘模式发展到无人机航测遥感测绘，效率大幅度提高的同时测绘精度也能满足规范要求，下面我们就该技术在市政公用工程建设中的应用进行阐述。

无人机航拍建模原理：

无人机测绘的基本原理‌主要包括传感器技术、GPS定位技术和摄影测量学原理。

‌传感器技术‌：无人机测绘的核心是传感器技术，包括航摄相机、激光雷达、红外相机等多种传感器设备。这些设备能够捕捉地面的影像、高程、植被信息等数据，为后续的地图制作、三维建模提供基础数据支持。

‌GPS定位技术‌：无人机测绘需要依靠GPS定位技术实现飞行轨迹的记录和航拍点的定位。通过GPS技术，可以实现无人机的精准飞行，确保航拍数据的准确性和完整性‌。

‌摄影测量学原理‌：摄影测量学是无人机测绘的理论基础。通过摄影测量学原理，可以实现航拍影像的几何校正、数字影像匹配、三维重建等过程，从而获取地表的空间信息

数据处理与分析：

图像处理软件：如Pix4D、大疆智图、重建大师等，用于处理无人机拍摄的图像，生成正射影像、三维模型等。

‌1. 市政公用工程测量分析

     测绘工程即通过测量空间、大地等各种信息，且绘制出相应信息的地形图。在所有工程建设前均需要对现场进行测量并绘制地形图，作为工程规划设计的依据。一般来讲测绘测量是被应用到工程建设的整个过程中的，对保证工程按照设计施工具有重要作用。目前我国工程领域测量工作已经实现了信息化测绘，测绘精度大幅度提升。尤其是在无人机遥感测绘技术的支持下，可以更大程度上做到区域内全方位测绘测量，获取更加全面、详细的空间地理信息，该技术在市政公用工程测量中的应用优势越来越明显，表现在效率高、可视化、高精度，能提供三维立体影像数据等方面，但是在实际应用上依然存在部分困难，包括容易受限飞区域影响、城市中的高大建构筑物影响飞行安全、航测影像数据容量大，数据内业处理对计算机配置要求高等，随着科技的不断进步相信在不久的将来功能强大的硬软件将使无人机遥感技术更加先进与智能，满足社会发展更高需求。

2.无人机遥感技术特点

      ①应用范围广

     无人机遥感技术的应用范围非常广泛，涵盖了多个领域，包括基础设施建设、土地规划、城市规划与管理、农业资源调查、环境保护、地质灾害与应急救援、国防与军事等‌‌。

②高效率精准获取地理信息

     传统的测绘外业工作量极大，需投入大量的作业人员及设备，如遇到地形地貌复杂险峻环境，危险因素多，给作业人员带来的困难也大，从而无法避免的导致效率低、测绘成果质量低，无法真实反映地形地貌特征，而应用无人机遥感技术进行建设工程勘察测绘其效率是传统测绘方法所无法比拟的且有较高的精度，各种不良连锁反应的发生率很低，可保证整个测绘测量过程的规范性与高效性，提高测量成果的全面性和准确性。

     ③数据处理后的可视化绘图

       无人机配备了高分辨率的相机及RTK模块，确保了获得的航拍相片具有更高的分辨率及精准的坐标信息，在计算机处理软件的支持下，可以对无人机拍摄采集到的相片生成正射影像及三维模型，采用绘图软件可加载正射影像及三维模型用于可视化绘图。可视化绘图可以避免遗漏地物并充分展现实地现状的3D实景模型对勘察成果的质量大大提高。

  ④低成本

由于相较于传统测绘方法，无人机航测遥感技术的外业采集效率大大提高，可减少大量专业人员实地脚步跑点测绘，相应成本也大大降低。

3.无人机遥感技术应用现状

     无人机技术日益成熟，各个国家对其的重视度在不断地提高，近年来我国自主生产的无人机技术发展突飞猛进如国产的大疆系列无人机性能已达到了国际先进水平。目前该项技术已被广泛地应用到包括基础设施建设的多个领域中，且发挥着越来越重要的作用。

4.无人机遥感技术实操应用要点

外业方面：       

 ①科学设置像控点及检查点

目前的行业版无人机基本上都配备了RTK模块定位，使所拍摄的相片都带有POS信息数据即照片的外方位元素，为了保证测量具有较高精度，需在测区范围内合理布置像控点及检查点，像控点顾名思义是用来控制影像的三维坐标的，而检查点是用来检查整体精度。像控点、检查点都需采用RTK移动设备采集坐标。

像控点、检查点标志应该尽量做在，四周无遮挡的空旷位置，让更多空中照片拍到以利刺点来控制精度。

尽量不在坡度较大的地方做点，因内业刺点时会产生无法避免的偏差，如在坡度较大的地方刺点，那么偏差值就会被放大，影响模型精度。

像控点标志大小

根据不同的高度、精度、重叠率，不同相机布设不同大小的像控点标志是很有必要的。要预计相机在飞行高度清晰拍到像控点标志。

像控点应布置在测区的四周及中间位置尽量均匀布置以达到控制整个测区的精度。

像控点坐标采集方式应采用三脚对中杆架设RTK移动站采用平滑不少于10次采集像控点三维坐标以保证采集精度。

②合理规划航线

根据市政公用工程建设所在位置合理规划测区航线，如市政道路桥梁则采用带状航线，而给水、污水处理厂站则采用面状航线，航测范围宜大于工程红线范围一定距离以免周边影像不足生成不出二、三维数据。

③飞行高度

如飞行区域平坦可选择相对起飞点高度模式，但在正式执行飞行任务前要手动将无人机起飞查看周边环境，查看是否有信号塔、高压输配电铁塔、高耸的建构筑物等，如有可通过调平相机云台成水平00状态以查看其高度，在飞行时设置的高度高于此高度10m即可，如所测区域内高差起伏大，山高坡陡则可采用仿地飞行模式，这样无人机能根据自身配备的鱼眼视觉传感器实时获取下前方的地形数据，地形高时无人机就自动抬高飞行高度，地形低时降低飞行高度并始终与地面保持设定的恒定相对高度从而实现实时仿地飞行，对飞行安全及精度要求都有保障。

④起飞点和遥控器所在位置的选择

起飞点和遥控器所在位置为同一位置，宜选择在测区范围内或附近，地势较高周边较开阔的位置，因为遥控器与飞行器一般是靠无线电图传，地势较高和无遮挡的开阔处有利于长距离图传和控制飞行器。

⑤飞行参数设置

重叠率：因合成模型需要获取拍摄物体的多视角照片并且每个点要覆盖三张以上相片。由于单张照片覆盖范围有限，这时通常设置弓形航线保证照片的覆盖。

旁向重叠：相邻两条航线上相片之间的影像重叠。

航向重叠：同一条航线内相邻两张相片之间的影像重叠。

重叠部分与整个像幅长度的百分比称为重叠率，作业时一般要求重叠率在60%以上。

默认旁向重叠率为70%、航向重叠率为80%，适用于大部分场景。如市政工程所在测区平坦无起伏可适当降低重叠率至旁向60%、航向70%以提高效率；如市政工程所在测区地形起伏较大则提高重叠率至旁向90%、航向90%以保证效果。

边距：可调整生成航线区域超出测区的距离，通过在测区外拍摄可保证测区边缘的成果精度。

在正射采集时拍照模式设置：作业时建议选择等距间隔拍摄模式这样有利于保证‌重叠率从而提高建模精度。

⑥飞行安全注意事项

首先在作业前需向国家无人驾驶航空器一体化综合监管服务平台网站主动申报飞行活动，获批后方可飞行，遵守国家法律法规。

目前行业无人机大多配备了避障系统，但对以下物体 有可能避障失败。

电线：纹理不清的电线由于其细长的形状和颜色与环境的相似性‌。

树枝：在风中摇摆不定的树枝。

‌玻璃‌：玻璃的透明特性使得无人机难以通过视觉感知其存在。

‌雨天‌：在雨天，摄像头的视线会受到阻碍。‌‌

⑦无人机的安全返航，当电池电量达到返航最低电量时无人机遥控即报警自动返航，但在遇风的气象条件下尤其是返航点在逆风向时程序是无法预估到风力的阻力所消耗的电能，这会导致无人机不能顺利返航而造成失去动力而损毁情况发生，这样操作无人机执行任务时需留意当时气象条件对返航的影响来做到提早返航，将返航的电量设高一些，确保作业安全。

内业方面：注意每个像控点的刺点数量要保证刺15张相片以上方能保证二三维重建后的精度要求。

6.无人机航测遥感技术在市政公用工程中的使用

    在市政公用工程如水处理厂站的建设过程中可以全面应用无人机遥感技术为工程建设服务。

在项目勘察设计阶段可进行建模绘制地形图，实景可视化的三维模型使规划设计更加合理。

施工阶段可使施工组织设计编制时在空间上考虑得更合理可行、土石方等工程量计算更便捷准确。

竣工及验收阶段可进行竣工图绘制，与设计图对比。

建设过程中的实景三维影像还能在工程结算中提供公平公正的依据支持，减少甲乙双方因工程量出入矛盾而扯皮，加快项目的结算办理，保障工程合同甲乙双方的合法权益。

6.结语

       为进一步在市政公用工程建设中应用好无人机遥感技术，要注意对各干扰因素的规避及有效控制，对各实操中的要点及注意事项的严格把控，来保证测绘测量数据的精确性与可靠性，满足市政公用工程建设需求。