腳步丈量能否被無人機測繪“無情”取代

　　隨著空間技術、計算機技術和信息技術的發(fā)展，人類實現了從空中和太空中觀測地球的理想，遙感正是實現這一理想的利器。通過有人飛機航空遙感和衛(wèi)星遙感的方式，獲取地球表面的信息，不僅成本昂貴，也受到回歸周期、高度等因素的限制，遙感數據的實時性難以保障。

　　無人機技術正好成為衛(wèi)星和有人機獲取手段的有效補充，一方面，無人機飛行高度低、分辨率高，可以長時間對感興趣的地區(qū)進行“凝視”性觀測;另一方面，無人機沒有人員傷亡危險，操作靈活，對環(huán)境要求低，甚至可以在危險環(huán)境中完成任務。因此，在航空遙感領域，無人機異軍突起，頗受關注。

　　國情普查——用腳步丈量土地

　　測繪作為一項古老的行業(yè)，最開始就是個苦活累活，測繪基本可以分為：外業(yè)測量和內業(yè)繪圖。而外業(yè)測量，通常是按照傳統的測量方式——用腳步丈量土地，到底有多苦有多累，國情普查的普查員最有發(fā)言權。

　　2013年，我國開始了全國第一次地理國情普查，普查于2015年結束，歷時3年。普查員在這期間的工作量，每人每天要核查7-8平方公里地域。常規(guī)外業(yè)核查方式一般采用步行或騎電瓶車，手持電子平板和紙圖進行核查。遇到山區(qū)或者地形復雜的核查區(qū)域，全靠兩條腿。

　　普查員需要背著全站儀，認真地核對衛(wèi)星影像圖上的一個個小圖斑，看到不準確的地方，馬上標注并修正。“這樣的方法速度慢、效率低，通常一幅圖要花5、6天。”

　　普查員在外業(yè)作業(yè)時，最主要的工作就是不停地走、不停地核對，手上的軌跡儀，每15秒鐘打一個點，記錄下每天的行進路程。絕無偷懶的機會。

　　這份苦不是一般人能受的，宇辰網記者也接觸過不少測繪專業(yè)的畢業(yè)生，女生很少有出外業(yè)的，這種體力活兒男孩子也常常吃不消。參與過第一次國情普查的普查員說，有新來的小伙子剛跑兩天就累倒了，合理分配體力是很重要的。

　　正是由于國情外業(yè)核查工作如此辛苦，所以才有無人機測繪的簡便易行。

　　同樣是在第一次國情普查期間，海南部分地區(qū)就采用了無人機航測。國家測繪地理信息局第四航測遙感院利用無人機對海南萬寧、興隆變化較大的地區(qū)進行航拍，航攝面積約24平方千米，獲取0.1米分辨率原始像片2860張，并制作完成0.1米正射影像拼接圖。影像成果直接提供給地理國情外業(yè)隊使用，用于海南萬寧、興隆地區(qū)外業(yè)新增補測工作。

　　同樣，山東省也啟用了無人機進行航測。濟南市勘測院受山東省第一次全國地理國情普查領導小組委托，承擔了濟南市地理國情普查的生產任務。

　　濟南市勘測院工作人員使用了兩款無人機航測無人機，目前有固定翼和旋翼兩款無人機，用無人機對工作人員難以到達的偏僻山區(qū)進行高清拍攝。

　　在航測中，充分發(fā)揮無人機的作業(yè)優(yōu)勢，實現內外有效結合，低空航測和地面外業(yè)調繪優(yōu)勢互補，有效提高國情外業(yè)調繪工作效率，縮短了外業(yè)作業(yè)時間，為國情普查工作的順利完成打下堅實基礎。

　　固定翼與旋翼在測繪上的應用各有側重

　　上文剛提到目前測繪無人機有固定翼和旋翼之分，那這兩者有什么共通的地方和區(qū)別呢?

　　先來說說相同之處，一套典型的無人機測繪系統至少應該包括無人機平臺、地面控制子系統、任務載荷子系統、數據鏈路子系統以及影像數據處理與測繪成果制作子系統五部分組成。

　　在起飛前，都應該關注作業(yè)區(qū)域的環(huán)境，收集相關地形圖等資料，了解作業(yè)區(qū)域地形、氣象條件以及起降場等情況。

　　檢查飛機狀態(tài)，需對飛機姿態(tài)、角度進行調整，以確保飛機準確通訊。無人機機體內都配備有電子羅盤，磁校準等設備來確保飛機在飛行過程中的自我姿態(tài)控制。

　　飛機放飛后該對飛機進行飛行監(jiān)測，主要做三個工作：對航高、航速、飛行軌跡的監(jiān)測;對發(fā)動機轉速和空速、地速進行監(jiān)控;隨時檢查照片拍攝數量。

　　據埃洛克飛控算法專家王謙介紹，空氣質量與航高息息相關，航高越高，對顆粒物、水汽條件的要求就越嚴格。由于無人機大多在云層下方進行作業(yè)，所以云層厚薄與航測的關系還不是那么大。

　　執(zhí)行回測任務的無人機在性能上還有諸多要求，相對航高一般不超過1500米，續(xù)航時間大于1.5小時，能在4級風的情況下安全飛行等。

　　針對有人指出無人機測繪不能進行大比例尺，比如1:500的航測任務，王謙表示其實無人機已經可以實現大比例尺的測繪了，“目前很多人使用的索尼黑卡4200萬像素相機，飛200米的高度足夠實現1：500的分辨率，另外多加一些地面控制點就可以使精度達到要求。”

　　針對固定翼和旋翼機哪一種更適合做測繪，王謙也給出了自己的看法。他認為，固定翼的優(yōu)勢是速度快，續(xù)航時間長，所以適合較大面積測繪，包括正射影像和傾斜攝影。大型固定翼可以做上百平方公里以上的測繪，不過需要跑道起降，對場地有一定的要求。小型固定翼可以做幾到幾十平方公里的測繪，優(yōu)勢就是可以不需要跑道，彈射起飛，回收時采用傘降。

　　而多旋翼優(yōu)勢是飛行穩(wěn)定，可以懸停，速度可快可慢，而且在傾斜攝影時更方便采集各角度的圖像，所以在小范圍測繪或傾斜攝影方面比較合適，但電動旋翼的通病就是續(xù)航時間短。

　　綜合起來就是較大面積正射(幾十平方公里以上)，基本上是固定翼最合適，中等面積(幾平方公里)的正射用小型固定翼稍微比多旋翼合適，體積稍大的多旋翼也可以。

　　目前，測繪行業(yè)更多的是固定翼，大概70%的航測任務都是固定翼完成的。但傾斜攝影還是可以考慮多旋翼，尤其幾平方公里的傾斜攝影要根據場景確定用哪種平臺，小范圍的就是多旋翼更合適了。

　　關于作業(yè)環(huán)境的要求，王謙認為，在用固定翼進行測繪時，抗風要求跟飛行平臺抗風性能和測繪相機的云臺性能有關，不同飛機限制不同。目前市面上大部分測繪無人機都能滿足4級左右的風力，甚至還有能抗6級風的。

　　由于無人機航測需要獲取多角度的數據，這就注定了測繪無人機不能像物流無人機設計的一樣，從A點到B點就結束飛行。無人機的航線需要認真規(guī)劃。

　　以上說的都是和外業(yè)相關的內容，但別忘了測繪還有內業(yè)。所謂“外業(yè)”，就是外出作業(yè)，拿著內業(yè)初判出來的影像圖，通過走訪實地核查、改正;而“內業(yè)”，就是通過衛(wèi)星或航拍獲得基礎影像圖后，用專業(yè)知識和技術判讀、描繪出所屬區(qū)塊。

　　數據收集之后……

　　數據本身沒有意義，經過處理、加工、提煉的信息才有意義。

　　無人機測繪得到的數據首先是影像，獲取影像的方法有很多，目前無人機主要是兩種：正射和傾斜攝影。

　　當高空拍攝，中心投影光線近似的被認為平行時，當地物高低差別引起的正射化投影誤差可被忽略時，對影像可進行正射化處理，因為還可能有傾斜角變形。近景攝影測量的任意角度拍攝中存在的問題是遮擋，航空攝影測量也有這個問題。有了同方向傾斜像對，可以形成地物側面的前方交會測量數據，傾斜攝影是多角度攝影的一類方法，為了獲得除了頂部外的更多地物不同側面進行的相機陣列組合中的相機姿態(tài)調整，目的是立體像對同名點無死角。

　　傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發(fā)展起來的一項高新技術，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。

　　目前，無人機尚不能完全取代人工作業(yè)，但無人機的技術進步已經可以互相補充了。以智慧城市建設航測為例，在進行道路及下水道規(guī)劃時，使用無人機對道路上的井蓋進行正攝影像數據采集，由于部分井蓋處于城市建筑角落里、陰影里，大概可以采集到70%，剩下的部分只能依靠人工的腳步測量。但隨著無人機技術的快速發(fā)展，多角度航測的傾斜攝影目前已經在很大程度上彌補了正攝影像技術的不足。

　　無人機可以通過遙感軟件對數據進行聚類分析等處理，能快速有效的提取所需要的信息，利用軟件對影像進行柵格矢量化，可以快速得出該地區(qū)矢量圖。比如，需要計算測繪地區(qū)的耕地面積，利用信息提取，輔助高分辨影像和豐富紋理特征，能夠快速計算出該地區(qū)準確的耕地面積，能夠節(jié)省大量的人力和時間。

　　無人機影像獲取周期短，時效性強，有利于快速得到影像，便于快速及時有效的統計面積。目前而言，盡管無人機已經部分應用于遙感測繪各行業(yè)，由于圖片獲取及處理技術尚未完全成熟，目前尚不能完全取代傳統的“腳步丈量”。但無人機測繪已經能成為衛(wèi)星和有人機獲取遙感數據手段的有效補充了。隨著無人機測繪技術的進步，未來無人機一定會逐步取代費時費力的腳步丈量。