无人机航测系统可行性（xìng）分析
西安bat365和宇航者创新科技（jì）有限公司
随着（zhe）我（wǒ）国（guó）经济的快（kuài）速发展以（yǐ）及科技进步，自动控（kòng）制技术、GPS定（dìng）位导航技（jì）术、航空遥感测绘技术以（yǐ）及无线电（diàn）通信等技（jì）术（shù）的（de）发展，无人（rén）机的使用已从（cóng）军事（shì）领（lǐng）域拓（tuò）展（zhǎn）到许多民用领域，如地形测绘、灾（zāi）情监（jiān）测（cè）、林业调查、农作物监测等。其中利用（yòng）无（wú）人机航空摄影测量能够（gòu） 完（wán）成工程（chéng）建设规划及巡查任务。
1. 无人（rén）机摄影测量（liàng）技（jì）术概述
无（wú）人机(unmanned aerial vehicle)是一种由无线电（diàn）遥（yáo）控设（shè）备或自身程序控（kòng）制装置操纵（zòng）的无人（rén）驾驶飞行（háng）器（qì）。近年来地理空（kōng）间信息技术取（qǔ）得（dé）了飞速的发（fā）展，尤其是灵活机动（dòng）、具（jù）有快速响（xiǎng）应（yīng）能力的（de）轻小型航空，更是在.近几年迅速成长，成为航空（kōng）遥感领域一个引人注目的（de）亮点。
无人机（jī）航测技术体（tǐ）现（xiàn）了（le）无人机与测绘（huì）的紧（jǐn）密结合（hé）同（tóng）时也提供了更 的测（cè）绘方式。经实验证明（míng），无（wú）人机（jī）航测技术完（wán）全可以达（dá）到1:1000国家（jiā）航空摄（shè）影（yǐng）测量规范的要（yào）求。
1.1无人机航测特点
统由于航空遥感平台及传感器的限制，普通（tōng）的航空摄影（yǐng）测（cè）量手段在（zài）获取（qǔ）小（xiǎo）面积（jī）、大比（bǐ）例尺数据方（fāng）面存（cún）在成本高（gāo）、性价比差等（děng）问题。具有低成（chéng）本和机动灵活（huó）等诸（zhū）多优点的低（dī）空无（wú）人机遥感能在小区域内快（kuài）速获取高质量遥感影像，是（shì）国（guó）家航（háng）空遥感监测体（tǐ）系的重（chóng）要（yào）补充，是航空（kōng）遥感的（de）未来发展方（fāng）向。在当今卫星遥感和（hé）普通航空遥感蓬勃（bó）发展的形势（shì）下，轻（qīng）小（xiǎo）型（xíng）低空遥感是粗中（zhōng）细分辨（biàn）率（lǜ）互补的立体监测（cè）体系中不可缺（quē）少的重要技（jì）术手段。
低空无人（rén）机遥感系统（tǒng），作为卫星遥感与普通航空摄影不可（kě）缺（quē）少的补充（chōng），它有如下优点：
无人机可以超低（dī）空飞行，可（kě）在云下飞行航摄，弥补了卫星（xīng）光（guāng）学遥感（gǎn）和普通航空摄影经常（cháng）受云（yún）层（céng）遮挡获取不到影像的（de）缺陷；
由（yóu）于（yú）低空接（jiē）近目标（biāo），因（yīn）此能以比卫（wèi）星遥感和普通航摄低得多的（de）代（dài）价得（dé）到更高（gāo）分辨率的影像；
能实现适应地（dì）形（xíng）和（hé）地物的（de）导航与摄像控制，从而（ér）得（dé）到多角（jiǎo）度、多建筑面的（de）地面景物（wù）影像，用以支（zhī）持构建城市三维（wéi）景观（guān）模型，而不局（jú）限于卫（wèi）星（xīng）遥感（gǎn）与普通航（háng）摄（shè）的正射影（yǐng）像常（cháng）规产品；
使（shǐ）用成（chéng）本低，无人机体形小, 耗费低（dī）, 对操（cāo）作员的培养周（zhōu）期相对较（jiào）短。系的保养和（hé）维（wéi）修简便, 同时不用租赁起飞和（hé）停放场地（dì），可以无需机场（chǎng）起降，因而灵（líng）活（huó）机动（dòng），适（shì）应性强，容易成为用户自（zì）主拥有的设备；
回避（bì）了飞行员人身 的风险（xiǎn）；
比（bǐ）起野外实测而言，无人机航测方法（fǎ）具有周期短、效率（lǜ）高、成本低（dī）等（děng）特点。
对于面积较小的大比例尺地形测量（liàng）任务(10-100平方公里)，受天（tiān）气和（hé）空（kōng）域管理的限制较多，成本高（gāo）；而（ér）采用全野外数据采集方法成（chéng）图，作业量大，成本（běn）也高。
而将无（wú）人机遥（yáo）感系统进行工程化、实用化（huà）开发，则（zé）可以利用它（tā）机动、快（kuài）速、经（jīng）济等优势（shì），在阴天、轻雾天也能（néng）获取合格的彩（cǎi）色影（yǐng）像，从而将大量的野外（wài）工作转（zhuǎn）入内业，既能 劳动（dòng）强（qiáng）度（dù），又能提高作业的技术水平和精度。
1.2国内无（wú）人机发展现（xiàn）状
国内无人机近几年来发展比较快，而除军事用途外（wài），由于无人机成本相对较低（dī）、无人员伤亡风险、生存能（néng）力强、机动性（xìng）能好、使（shǐ）用（yòng）方便等的优势，使得无人机（jī）在航空拍照、地质测量、高压输电（diàn）线路巡视、油田管路检查（chá）、高（gāo）速公路管理、森林防火巡（xún）查、毒气（qì）勘察、缉毒和应急（jí）救（jiù）援（yuán）、救护等民（mín）用领域应用前景（jǐng）极为广阔。正（zhèng）是（shì）因为看（kàn）到未来无人机的民用（yòng）市（shì）场潜（qián）力巨大，除一些科（kē）研院所外，民营（yíng）企业也开始（shǐ）介入无人机市场。目前粗略估计 约有170多家单位在生产无人机。
2.无人机系统介绍（shào）
无人（rén）机（jī）系统（tǒng）结合了无人机技术和摄影测（cè）量技术（shù），是（shì）较传统（tǒng）方式更为灵（líng）活的航（háng）测平台。无（wú）人机系（xì）统可（kě）快速为用户获取采用传（chuán）统方式需（xū）要较长项目周期和高昂费（fèi）用才（cái）能获取的正射影像（xiàng）图（DOM）和数（shù）字地表模型（DSM），可应用在各个领域，包括灾害（hài）应急制图、水文地（dì）质、基础测绘、国（guó）土规划、地理国情监测、矿山、公路、铁路、水（shuǐ）利电力等带状地物测图等等（děng）。
旋翼无人机（jī）
2.1无人机系（xì）统组（zǔ）成（chéng）
无人机（jī）系统都（dōu）是由硬件（jiàn）与软件组成（chéng）。
2.1.1硬件
配有电子控（kòng）制（zhì）装置的（de）无人飞机
发射架或（huò）旋翼
备用机身
地面控制器或手机APP
无（wú）线通讯模块(2.4 GHz)
数码相机（已标定）
电池充（chōng）电器
高性能锂（lǐ）电池或燃（rán）油
备（bèi）用件
2.1.2软（ruǎn）件
系（xì）统（tǒng）软件包括外（wài）业（yè）控制软件（jiàn）与数据后处理软件。
（1）外业操作（zuò）控制软件
通过该软（ruǎn）件可实现飞行任务设计、飞行规划、飞行操作与（yǔ）控制、飞行成果质量检查与分析（xī）。
图2无人机（jī）系（xì）统飞行（háng）任务（wù）设计
图3无人机（jī）系统飞（fēi）行规划
（2） 数据后处理软件，包括（kuò）Global Mapper，Pix4Dmapper等
该软件提供简易、直（zhí）观的数据处理流程（chéng），用于原始数据的处理，提（tí）取各种成果（guǒ）数据（jù），如正（zhèng）射影（yǐng）像、数字高（gāo）程模型（DEM）、KML格式数据、3D模型数据以及点云数据等。
图4 无人机后处理软（ruǎn）件Pix4Dmapper数据导入处理
图5 无人（rén）机系统后处（chù）理（lǐ）软（ruǎn）件（jiàn）Pix4Dmapper——生成正射影像
图6 无人（rén）机系统（tǒng）后（hòu）处（chù）理（lǐ）软件Pix4Dmapper——生成数字表面（miàn）模型（DSM）
2.2 无人机系统（tǒng）的（de）特（tè）点与（yǔ）优势
作为全（quán）新一代的无人机航空摄影（yǐng）测量测量系统，具有以下特点与优势：
1. 云下自主飞行，作业航高在75~750m。
2. 操作简单、方便快捷、快速
3. 自动化数字图像处理
4. 中小区域测图，地面采样间隔（GSD）达到（dào）2.4cm
5. 高频率、多时相扫描（miáo）拍摄覆盖整（zhěng）个测区，全自动地采集（jí）高分辨率原始（shǐ）数（shù）字图像（xiàng），并且（qiě）每（měi）条航带上的数字图像都具有GPS位置与飞（fēi）行姿态信息。
6. 随（suí）时获取目标区域图像（xiàng）
7. 作（zuò）业 、无（wú）污染
8. 高端黑盒电（diàn）子产品(内在)+可更换的（de）外形
9. 充分满足各种环境所需
10. 测（cè）绘级别产（chǎn）品
2.3 无人机系统的工作原理（lǐ）
无（wú）人机系统是以（yǐ）无人驾驶飞行器（qì）为飞（fēi）行平台，搭载数码相机（jī）进行图像采集（jí），以获取高分辨率遥（yáo）感数据为应用目（mù）标，通过3S技术在系统中的集成应用，达到实时对地观测（cè）能力（lì）和（hé）遥感数据（jù）快速处理（lǐ）。飞行前先通过（guò）地面控制平台（tái）电脑（nǎo）或手机APP来制定飞行作业计划，如测区（qū）范围、起飞降落位置（zhì）、飞行航高、影像重叠率（lǜ）及风向等参数的确定。系统中的飞（fēi）行任务设计软（ruǎn）件（jiàn）根据（jù）上述参数可（kě）自动（dòng）设计出飞行航线以及起飞降落的位置，然后利用无线通（tōng）讯模块将飞（fēi）行计划上传（chuán）至（zhì）自（zì）备的电子控制装置中，然后（hòu）通过（guò）无线通讯模块（kuài）与（yǔ）电（diàn）子控制装（zhuāng）置协同操（cāo）纵（zòng）飞行（háng）平台来完成图像数据采集。
2.4 无人机系统的作（zuò）业流程
无人机（jī）系统目前已经在很（hěn）多工（gōng）程中（zhōng）应（yīng）用，作业的基（jī）本内容包括（kuò）：系统组件连接与安装、飞行任务设（shè）计、外（wài）业数据采集（图（tú）像（xiàng）数（shù）据（jù）与飞行轨迹数据获取）、内业数据（jù）处（chù）理（图像（xiàng）数（shù）据解算处理，成果（guǒ）数据提取（qǔ））等（děng）内容。
二（èr）．无人机航测（cè）系统的应用
目前，无人（rén）机（jī）已成（chéng）功应用多个行业，主要应用有：
水利、电力等能源（yuán）与（yǔ）环境
基（jī）础设（shè）施（shī）与工程监测
基础测（cè）绘、土地管理与（yǔ）规划（huá）
植被监测（结合可见光、近红外图（tú）像应（yīng）用于精细（xì）农业与（yǔ）森（sēn）林保护）
灾情监测（cè）、应急（jí）快速响应测（cè）图
露天（tiān）矿山测（cè）绘
3D建模与可视化
资产管理
水文（wén）、地质、考古研（yán）究等
图7 无人（rén）机系（xì）统应用行业（yè）分布图（tú）
无（wú）人机（jī）航空（kōng）摄影测量系（xì）统（tǒng）具有高灵（líng）活、快响应（yīng）、低成（chéng）本（běn）、实时等特点与（yǔ）优势，与（yǔ）卫星遥感（gǎn）与传统航空摄影测量相（xiàng）比（bǐ），尤其在低空获取高分辨率数（shù）字图（tú）像（xiàng），输电线路规划、电厂（chǎng）（变电站）址地形图像获（huò）取，发电厂料堆体积计算、灾（zāi）害应急响应等（děng）方面，无人机系（xì）统具（jù）有不（bú）可替（tì）代的（de）作用。
近几（jǐ）年来无（wú）人机航测技术在国内开始热门起来，由于该技术比起（qǐ）传统测绘技（jì）术来（lái），有着极其优越的特性，可（kě）获取无以伦（lún）比的多层次成果和成万倍生产效（xiào）率的（de）提升；并且（qiě）经过（guò）十多年来（lái）的飞速发展（zhǎn），该技术已经相当成熟，不仅仅是实验室而是已经走（zǒu）向了实用，各大测绘厂商瞄准了其光明的前景而纷（fēn）纷（fēn）投入巨资参与研发使其进入了批量生产、产业化应用的阶段（duàn）。
随着经（jīng）济的发（fā）展，无人机航（háng）测系统从上个世纪（jì）末就开（kāi）始（shǐ）引进中国，首先是引（yǐn）起（qǐ）了（le）科学研究（jiū）单位（wèi）的（de）注意，随着这几年的航测（cè）技（jì）术和（hé）影响成果的（de）不断（duàn）应用，人们开始认识到该技术的**性和广阔的应用前景。这些运用无人（rén）机航测技术的先行者都把（bǎ）这个技术比做15年（nián）来与GPS（ 卫星（xīng）定位）测量技术一样的划时代的测（cè）绘技术（shù），认为它（tā）像（xiàng）15年前出现在国内的（de）GPS技术一样将极大的促（cù）进测绘行业的发展（zhǎn）。
无（wú）人（rén）机航测技（jì）术将给（gěi）测绘（huì）工（gōng）作（zuò）带（dài）来深刻的变化。
首先从外业数（shù）据（jù）采集上，无人机航测技术是无接触（chù）测量技术（shù），这使得它直（zhí）接突破了（le）传统光学全站仪和GPS技术的（de）限（xiàn）制。使（shǐ）用者无（wú）需离开仪器即可（kě）采（cǎi）集数据，以往难于到达目标物的工程项目得以（yǐ）方便的（de）完成。如（rú）：地形测（cè）量上（shàng）的高悬的陡崖、隔河流的边（biān）坡监测、危险的滑（huá）坡地段，有毒区域的测（cè）量、危险的高压电力设施等等（děng）。这些项目在以（yǐ）往是很难（nán）或者无法完成（chéng）的高技术（shù）高“含金（jīn）量”的项目，有了无人（rén）机航测系统， 系数大大提（tí）高。
当然，该技（jì）术用在较为普通的（de）项目上也很有（yǒu）意义，因为它面式扫描测量、需要跑棱镜（jìng）或者安（ān）放GPS接（jiē）受（shòu）机（jī）的工作变成“无接触、无跑动”的（de）工作（zuò），减少（shǎo）了工作量，减少了人力，减（jiǎn）少（shǎo）了人为（wéi）误差，降低了劳动强（qiáng）度，还提高了效率。
另外，无人机航测系统的数据采集速度是常规仪器的（de）数万倍，极大地提高了（le）外（wài）业工作的效率。比如测绘一个平方（fāng）公里的（de）1:2000地形（xíng）图全站（zhàn）仪（yí）人工跑棱镜测图，几乎是一台全站仪2个（gè）人苦干（gàn）两天的工作，即使是用1+1 RTK技术也需（xū）要2天，而使用（yòng）无人机加一个人仅需要不（bú）到30分钟。其效（xiào）率是不（bú）言而喻（yù）的（de），效益（yì）也是（shì）非常（cháng）明（míng）显的。
可（kě）能有人（rén）会说航测的内（nèi）业工（gōng）作量巨大，因为航片的数据需要人工（gōng）拼接，处理成图，费时费力。其实（shí）这已经（jīng）是过（guò）去了（le），现有软件已经很（hěn）好地（dì）实现图幅（fú）的自（zì）动拼（pīn）接（jiē）和匹配，数（shù）据的（de）自动化处理成都也（yě）很好，而且数据精度可靠、整体一致（zhì）性好。
在航测（cè）后处理软件里，数据可以任（rèn）意的裁剪、取样。如选择不同的区（qū）域作不同（tóng）的处理，可以任意按需抽取一部分数据或（huò）者去掉一部分数据（jù）。如，可以自定将地（dì）形上特征地物进行提取。
当（dāng）然，航（háng）测（cè）数（shù）据处理更多的（de）是利（lì）用自动、批量处理工具进行的（de），如批量生成断面线（xiàn）、任意纵（zòng）横剖面线、等高（gāo）线生成与（yǔ）标注、线状（zhuàng）地物（wù）的提取和体积或填挖的计算等等；只需要（yào）选择（zé）好操作区域，填入几个（gè）要（yào）求数据如等高（gāo）距、断面间距、填挖平（píng）衡点（diǎn）等，程序即可（kě）按照要求数据自（zì）动计算给出结果，这一个过程远远快于传统手段！
航测数据（jù）经过处理（lǐ）后将快速的提供高质（zhì）量（liàng）的视觉效果鲜（xiān）明的二（èr）维、三维成果，比以往的数（shù）据（jù）表格要更为丰富更为直观。
所以，无人机航测技术将从外业、内业和成果方面深刻而积极的（de）改变测绘工作。
无人机航测技术不仅仅将大大提升测绘水平，还将极大（dà）的扩展测绘技术的（de）应用面，带来更（gèng）多业务提供更多的测绘（huì）产（chǎn）品。这（zhè）是（shì）因为该技术是虚拟现实技（jì）术的必要手段，为真3D GIS地理信息系（xì）统、为矿产业的开采（cǎi）模拟、为企业（yè）的模拟培训、数（shù）字化管理和为（wéi）军队的（de）模拟训练等（děng）等提供必需的基（jī）础数据成果。
与现代化的传统测绘工具全站仪和GPS RTK接（jiē）收机不同，这（zhè）些仪（yí）器仅（jǐn）能（néng）单（dān）点采集数据，仅能（néng）用于测绘上测点（diǎn）或者点放（fàng）样、控制测量（liàng）等（děng），无（wú）人机航（háng）测技术以其技术（shù）特色超越了测绘行业的限制。在这个（gè）数字化地球、数字化城市概（gài）念（niàn）深入人心的时代，这（zhè）个“视觉经济（jì）”时代，无人机（jī）航测技术（shù）必将在国民经（jīng）济的建设中发挥重（chóng）要的作用（yòng）。
目前，无人机航测技术已经在发达国家测绘单位中逐渐大范围（wéi）采用（yòng）。在中国（guó），经济的飞速发展，庞大的基础设施建设规模，使（shǐ）得各行（háng）业对无人机有着强劲（jìn）的需求，再加上门槛（kǎn）（经济（jì）、技术）的降低，拥有无人（rén）机的单位越来越多，整体呈快速（sù）上升趋势（shì）。
无人机航测系（xì）统已经相（xiàng）当成熟，体积小巧携（xié）带方便；有着简单明（míng）了的（de）内外业流程；不一样的是采集方法更简单，设定（dìng）完参数就等自动飞（fēi）行采集（jí）数据；因此，一般（bān）测量（liàng）员（yuán）即（jí）可操作（zuò），没有什么高技能要求。内业的（de）操作同样是自（zì）动化程度（dù）高，一般的内业数据（jù）处（chù）理人员即可掌握。