无人机遥感技术在公路领域的应用浅析
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作者:韦永浩
摘 要：无人机遥感技术作为计算机技术、RS技术、无人机技术的结合体，近些年随着我国公路事业不断发展，无人机遥感技术的应用也愈加广泛，为公路建设、测绘、巡检提供了新的解决方案，极大的提升了公路事业工作效率。基于此，本文首先提出无人机遥感技术的含义与应用优势，进而探究无人机遥感技术在公路领域中的应用，旨在为推动公路事业发展提供技术支持。
关键词：无人机遥感技术 公路领域 应用 优势
中图分类号：U412.24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）06（c）-0064-02
在过去，公路领域主要是应用航天、航空的遥感技术获取公路信息，但由于航天、航空遥感技术成本高，需要配合人工测量，这也降低了航空、航天遥感技术的使用效益。而无人机遥感技术（UAVRS）实现了计算机、遥感技术、无人机技术、POS定位技术、GNSS差分定位技术的集成，能够快速、智能的获取空间信息，并对所采集的信息实时处理、建模、分析。相对传统航天、航空遥感技术，UAVRS具有全天候、分辨率高、实时性强、使用灵活等优势，为推动公路事业发展提供了新的解决方案。
1 无人机遥感系统相关阐述
无人机遥感技术（UAVRS）是UAV技术的拓展，主要涵盖了无人机系统、地面保障系统、任务荷载等，可以实现飞行、控制、遥感影响、视频获取、信息传递等多项功能，是多种技术集成的综合性信息采集平台。其中，UAVRS飞行控制导航系统是核心环节，可以实现无人机的导航、定位、自主飞行，其中包括GNSS接收机、惯性导航、飞控板、转速传感、空速传感等，可以根据预设路线飞行，还可以人工对飞行轨迹进行控制。同时，在公路另有勘测中，由于对测绘精度要求非常高，所以要保证无人机飞行姿态足够平稳，而如今公路领域所应用的UAVRS，可以有效控制误差问题，横滚角度误差在±3°之内、俯仰角误差在±3°之内、航向角误差在±3°之内，符合公路勘察、测绘要求。
2 UAVRS在公路领域中的应用优势
充分利用UAVRS，为推动公路事业发展提供先进的作业手段和生产工具，相比传统遥感技术，UAVRS的优势表现在如下方面。
2.1 使用灵活
由于UAVRS设备体积小，所以投入相对较低，相关技术在多年发展中也较为成熟。同时，UAVRS使用灵活，根据公路不同需求自定义模块，如GPS导航、数码城乡、无线遥控等。
2.2 测量精度高
当今UAVRS搭载的摄像系统已经达到了数码相机水平，均在5000千万像素、cm级分辨率等级，在UAVRS拍摄后的视频、图片经过计算机数字化处理完毕后，结合建模软件，可以直接呈现出数字模型，并绘制出精度高的大比例地形图。
2.3 效率高
相比人工测量、巡检工作，UAVRS不受地形因素影响，可以有效提升巡检效率，将拍摄数据信息带回分析，不留巡视死角，有效降低了劳动力强度和作业风险，大大提升了工作效率。
2.4 维护费用低
考虑到UAVRS采用模块化设计以及小巧的机身，让UAVRS使用、维护费用更低，同时方便运输、容易掌握，一次性投入之后后续投入费用很少。由于UAVRS是公路管理部门所有，何时展开公路巡查、勘察等工作由自己决定。
3 UAVRS在公路领域中的应用
3.1 航摄准备
在前期准备工作中，要制定航摄计划、设备检查、相机校检。在计划当中，通过GPS影响图像叠加公路限位，确定巡检或勘測任务范围，掌握公路地形条件、交通状况，通过现场勘察找出是否有空中管制、军事场所，确定无人机的起降地，针对可能产生的紧急情况制定预案。还需要搭建好飞行平台，采用油动型无人机，最大续航时间在6h以上、最大飞行速度为120km/h，UAVRS一次飞行距离大约在500km，搭载高像素数码相机，自动调整焦距。在正式摄影前，要在室内校检场对相机进行标定，获取相机内方位元素和畸变系数。
3.2 航线设计
3.2.1 地面分辨率选择
地面分辨率选择中，要根据不同比例尺航摄成图标准以及地形条件、航摄基高比、影像用途、测图等高距等，在能够保证成像精度基础上，缩短成像周期、降低运行成本。
3.2.2 航摄分区
相比传统航空摄像技术来说，UAVRS由于体积小，所以电池容量小，在一定程度上影响了续航、传感器像幅、单架次航摄面积。考虑到公路线位较长，所以要划分为多个分区分别进行航摄。航摄分区的原则为：（1）航摄布设与路线走向一致;（2）分区地形高差通常不大于1/6摄影航高;（3）在能够保证航线足够笔直的情况下，尽可能划大分区跨度，完整覆盖整个航摄区。
3.3 布设像控点
像控点布设为平高点，为了能够确保UAVRS测量精度，像控点采用60cm直径的圆形，泥质地面采用白石灰粉，沥青路面采用白色油漆布设。航线间隔控制在1km，间隔一条航线布置像片平高点。大多数情况下，都是在航向或旁向6片重叠范围布置像控点，尽可能实现像控点的共用。航摄分区接合位置，要在航线重叠位置布设像控点，提升像控点的利用率。采用RTK测量像控点，每个像控点都要测量2次，在2次测量数据差异不大的基础上取均值，保证测量精度。 3.4 航空摄影与成果
由于风力会直接影响UAVRS成像效果，所以在航摄过程中要确保风力不大于4级。在地面监控站实时监控无人机俯仰角、横滚角、航向角、空速等参数，在无人机姿态长时间超出线差，必须要第一时间召回并重新飞行。
UAVRS航摄成果主要有原始图像、相机参数、航线、像片结合图、CNSS数据。重点检查影响质量、飞行质量两部分。要求摄像质量成像清晰、反差适中、层次丰富、色调柔和，能够用肉眼看到细小地物形象，并且满足模型建设标准;飞行质量主要包括像片倾角、重叠度、旋角、航高、航摄漏洞等。
3.5 地形图精度与分析
采用INPHO全数字摄影测量系统对空三加密，根据UAVRS飞行状况和像控点布设情况，划分为多个区域网加密。在整理航摄成果之后，应用INPHO中的Match-AT模块，将相机参数、POS的文件、控制点成果等信息导入，系统会计算出影像金字塔，匹配区域影响连接点，采用光束法区域网平差，导入加密成果和mapmatrix测图软件，这样即可实现立体采集数字线画图数据。
在高程差值精度检测当中，通过RTK测量中桩高程，使用UAVRS所获取的地形图信息，导入到软件中生成DTM，在中桩出内插对应高程值，与RTK实际测量的高程值进行数据对比，从而得出高程差，以坐标系形式展示，其中横坐标表示高程差区间;纵坐标表示中桩点个数和差区间所占比重。比较差值小于0.1m、0.2m的比重决定了测量精度，大于0.5m的比较差比重在5%以内视为合格。在检查点精度分析层面上，要结合地形图地物点三维坐标以及RTK实测地面三维锁表对比计算误差，通过计算检查总点和坐标差比值即可得到计算精度标准，误差比重在5%以内视为合格。
4 结语
综上所述，应用UAVRS可以获取高分辨率的遥感图像，并且相比传统航摄遥感技術更具优势，如机动性强、操控表里、不受气候条件影响等。通过UAVRS所获取的遥感图像，其平面和高程精度能够满足公路勘测、巡检的要求，能够达到1：2000比例尺精度标准。但UAVRS也并非十全十美，集成高精度POS系统、提升续航、搭载大像幅等是未来UAVRS主要的发展方向。
参考文献
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