无人机（jī）航测系统（tǒng）可行性分析
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随着（zhe）我（wǒ）国经济（jì）的快速发展以（yǐ）及科（kē）技（jì）进步，自动（dòng）控制技术、GPS定位（wèi）导航技术（shù）、航空遥感测绘技术以及无线电通信等（děng）技术的发展，无人机的使（shǐ）用已从军（jun1）事领域拓展到许多民用领域，如（rú）地形测绘、灾情监测、林业调查、农作（zuò）物监测等。其中利用（yòng）无人（rén）机航空摄影（yǐng）测量能够 完成工（gōng）程建设规划及巡查任务。
1. 无人机摄影测量技术概述
无人机(unmanned aerial vehicle)是一种由无线电遥控设备或自身（shēn）程序控制装置操纵的（de）无（wú）人驾驶飞行器。近年来地理空间信息技（jì）术取得了飞速的发展（zhǎn），尤其是灵活（huó）机动、具有快速响应能力的轻小型航（háng）空，更是在.近几年迅（xùn）速成长，成为航空遥感领域一个（gè）引人注目（mù）的亮点。
无人机航（háng）测技术（shù）体（tǐ）现了无人机（jī）与测绘的紧密结合（hé）同（tóng）时也提供了更 的测（cè）绘方（fāng）式。经实验证明，无人机航测技（jì）术完全可以达到1:1000国家航空摄影测（cè）量规范的要求。
1.1无（wú）人机航测特点
统（tǒng）由于航空遥感平台（tái）及（jí）传感器的限制，普（pǔ）通的航空摄影（yǐng）测量手段在（zài）获取小（xiǎo）面（miàn）积、大比例尺（chǐ）数据方面（miàn）存（cún）在成本高、性价比差等（děng）问（wèn）题。具有低成本和机动灵活（huó）等诸多优点的低空无人机遥感能在小区域内快速获（huò）取高质量遥感影像，是国家航空遥感（gǎn）监测体系的重要补充，是航空遥感的未来发展方向。在当今卫（wèi）星遥感（gǎn）和普通航空遥感蓬（péng）勃发展的形势（shì）下，轻小型低（dī）空（kōng）遥感是粗（cū）中（zhōng）细分辨（biàn）率互补的立体监测（cè）体系中不（bú）可缺少的重要技（jì）术手段。
低空（kōng）无人机遥感系统，作为卫星（xīng）遥感（gǎn）与普通航（háng）空摄（shè）影（yǐng）不可缺少的补充（chōng），它有如下优点：
无人机可以超低空飞行（háng），可在云下飞行航摄，弥补了（le）卫（wèi）星光学遥感和普通（tōng）航空摄影经常（cháng）受云（yún）层遮挡获取不到影（yǐng）像的缺陷；
由于低空接近目（mù）标，因此能以比卫（wèi）星遥感和普通航摄（shè）低得多的代（dài）价得（dé）到（dào）更高分（fèn）辨率的（de）影（yǐng）像；
能（néng）实现适应（yīng）地形和地物的导航与摄像控制，从而得到多角（jiǎo）度、多建筑面的地面景（jǐng）物（wù）影像，用（yòng）以支持构建城市三维（wéi）景观模型，而不（bú）局限于卫星遥感与普（pǔ）通航摄的正（zhèng）射影（yǐng）像常规产（chǎn）品；
使用成本低，无人机体形小, 耗费低, 对操作员（yuán）的培养（yǎng）周期相对较短（duǎn）。系（xì）的保养和维修简便, 同时不用租赁起飞和（hé）停（tíng）放场地（dì），可以无需机场起降，因而灵（líng）活机动，适应性强（qiáng），容易成为用户自主拥有的设备（bèi）；
回（huí）避了飞行员人身 的风险（xiǎn）；
比起（qǐ）野外实（shí）测而言，无人（rén）机航（háng）测方（fāng）法具有周期短、效率高、成本低等特点。
对（duì）于（yú）面积（jī）较小的大（dà）比（bǐ）例尺地形测量任务(10-100平方公里（lǐ）)，受天气和空域管理的限制较多，成本高；而采（cǎi）用全（quán）野外（wài）数据采集方法（fǎ）成图，作业量（liàng）大，成（chéng）本也高。
而将无人机遥感系统进行工程（chéng）化、实用化开发，则可以利用它（tā）机动、快速、经济等优势，在阴天、轻雾天也能获取合格的（de）彩（cǎi）色（sè）影像，从而将大量的野外工作转入内业，既能 劳动强度（dù），又能提高作业（yè）的技术水平（píng）和（hé）精（jīng）度（dù）。
1.2国内无人机发展现状（zhuàng）
国内（nèi）无人机近几年来（lái）发展比较快，而除军事用途外（wài），由于（yú）无人机成本（běn）相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强（qiáng）、机动性能好、使用（yòng）方便（biàn）等的（de）优（yōu）势，使得无人机在航空拍（pāi）照、地质测量、高压（yā）输电线路巡视、油田管路检查、高（gāo）速公路管（guǎn）理、森林防火巡查、毒气勘察（chá）、缉毒和应急救援（yuán）、救护等民用领域应用前景极为（wéi）广阔。正是因为看到未来无（wú）人机（jī）的民用市场潜力巨大（dà），除一些科研院（yuàn）所（suǒ）外（wài），民营企业也（yě）开（kāi）始介入无（wú）人机市场。目前粗略估计 约有170多家单位在生产（chǎn）无人机。
2.无人机系统介绍
无（wú）人机系统结合了无人机技术和摄影测量技（jì）术，是较传统方式更为灵活的航测平（píng）台（tái）。无人机系统可快速为用户获取采用（yòng）传统方式（shì）需（xū）要较长项目周期和高昂费（fèi）用才能获取的正射影像（xiàng）图（DOM）和数字地表（biǎo）模型（DSM），可应用在各个领域，包（bāo）括灾害应急制（zhì）图、水文（wén）地质、基础（chǔ）测绘、国土规划（huá）、地理国情监测、矿（kuàng）山、公（gōng）路、铁路、水利电力（lì）等带状（zhuàng）地物测图等等。
旋翼（yì）无人机
2.1无人机系统组成
无人（rén）机系统都是由硬（yìng）件与软件组成（chéng）。
2.1.1硬件
配有电子控制装置的无人飞机
发（fā）射架或旋翼
备用（yòng）机（jī）身
地面控制器或手机APP
无线（xiàn）通（tōng）讯模块(2.4 GHz)
数码相机（已标定）
电（diàn）池充电（diàn）器
高性能锂电（diàn）池（chí）或燃油
备用件
2.1.2软（ruǎn）件
系统软件包（bāo）括（kuò）外业控制软（ruǎn）件与（yǔ）数据后处理软件（jiàn）。
（1）外业（yè）操（cāo）作控制软件
通过该软件可实现飞行任务设计、飞行（háng）规划、飞行操作与控制（zhì）、飞行成果质量（liàng）检查（chá）与（yǔ）分析。
图2无人机系统（tǒng）飞行任务设（shè）计
图3无人机系统飞行（háng）规划
（2） 数据后（hòu）处理软件，包括Global Mapper，Pix4Dmapper等
该软件提供简易、直观的数据处理流程（chéng），用（yòng）于原始（shǐ）数据的处理（lǐ），提取各种（zhǒng）成果数据，如正射影像、数字高（gāo）程（chéng）模型（DEM）、KML格式数据、3D模型数（shù）据以及点（diǎn）云数（shù）据等。
图4 无人机后（hòu）处理软件Pix4Dmapper数据导（dǎo）入处（chù）理（lǐ）
图5 无（wú）人（rén）机系统后处（chù）理软件Pix4Dmapper——生成（chéng）正射影像
图6 无人机系统后（hòu）处理（lǐ）软件Pix4Dmapper——生成数字（zì）表面模型（DSM）
2.2 无人机系统的特点与优势
作为全新一代的无人机航空摄（shè）影测量测量系统，具有以（yǐ）下（xià）特点与优势：
1. 云下自主飞行（háng），作业航高（gāo）在75~750m。
2. 操作（zuò）简单、方便快捷（jié）、快速
3. 自动化（huà）数字图（tú）像（xiàng）处理
4. 中小区域测图（tú），地面（miàn）采样间隔（GSD）达到2.4cm
5. 高频率、多时相（xiàng）扫描拍（pāi）摄覆盖整个测（cè）区，全自动地采（cǎi）集高分辨率原始数字图像，并且每（měi）条（tiáo）航带上（shàng）的数（shù）字图像都具有GPS位置与（yǔ）飞（fēi）行姿（zī）态信息。
6. 随时获取目标区（qū）域图像（xiàng）
7. 作（zuò）业 、无污染（rǎn）
8. 高端黑盒电（diàn）子产品(内在（zài）)+可更换的（de）外形
9. 充分满（mǎn）足各种环境所需
10. 测（cè）绘级别产品（pǐn）
2.3 无人机系统的工作（zuò）原理
无（wú）人（rén）机系统是以无人（rén）驾驶飞行器为（wéi）飞行平台，搭载（zǎi）数码相（xiàng）机进行（háng）图像采集，以获取（qǔ）高（gāo）分辨（biàn）率遥感数据为应用目标，通过（guò）3S技术在（zài）系（xì）统中（zhōng）的（de）集成应用，达到实时对地观测能力和（hé）遥感数据快（kuài）速处理。飞（fēi）行前先通过（guò）地（dì）面（miàn）控制平台电脑或手机APP来制定飞行作业计（jì）划，如测区范围、起飞降落位（wèi）置、飞行航高、影像重叠率及风向等（děng）参数的（de）确定（dìng）。系统中的飞行任务设计（jì）软件根据（jù）上述参数可自动设计出（chū）飞（fēi）行航线以及起飞降落（luò）的位置，然后利用无线通讯（xùn）模块将飞行计划（huá）上（shàng）传至自备的电子控制（zhì）装置中，然（rán）后（hòu）通过无线通讯模（mó）块与电（diàn）子控（kòng）制装置协（xié）同操纵飞（fēi）行平（píng）台来完成图（tú）像数据采集。
2.4 无人机系统的作业（yè）流程
无人（rén）机系（xì）统目前已经在很多工程中应用，作业的基本内容包（bāo）括：系统组件连（lián）接与安装、飞行任务设（shè）计、外业数据采集（图像数据与飞行轨迹（jì）数据获取（qǔ））、内业数据处理（图像（xiàng）数据解算（suàn）处理，成果数据提取（qǔ））等内容。
二．无人机航测系统的（de）应用
目（mù）前，无（wú）人机已成（chéng）功应用多（duō）个（gè）行业，主要应用有：
水利、电力等能源与环境
基（jī）础（chǔ）设施与工程监测
基础测绘、土地管（guǎn）理与（yǔ）规划
植被监测（结（jié）合可见光、近红外图像应用于精细农（nóng）业与森林（lín）保护）
灾情监测、应急（jí）快速响应测图
露天矿（kuàng）山（shān）测绘
3D建模与可视化（huà）
资（zī）产管理
水文、地质（zhì）、考古研究等（děng）
图7 无人（rén）机系统应（yīng）用行业分（fèn）布（bù）图
无人机（jī）航（háng）空摄（shè）影测量系（xì）统具有高灵活、快响应、低成本、实时（shí）等特点与优势，与卫星遥（yáo）感（gǎn）与（yǔ）传（chuán）统（tǒng）航空（kōng）摄影测量相（xiàng）比，尤（yóu）其在低（dī）空获取高（gāo）分辨率（lǜ）数（shù）字图像，输电线（xiàn）路（lù）规（guī）划、电厂（变电站）址地（dì）形图像获取，发电厂料堆体（tǐ）积计算、灾害（hài）应急（jí）响应等方面，无人（rén）机系统具有不可替代的作用（yòng）。
近几年（nián）来无人机航测技术（shù）在国内开始热门起（qǐ）来，由于该技术（shù）比起传（chuán）统测绘技（jì）术来，有着极其优越的特性，可（kě）获取无以伦比的（de）多（duō）层次成（chéng）果（guǒ）和（hé）成万倍生产效率的提（tí）升；并且（qiě）经过（guò）十（shí）多年来的飞（fēi）速发展，该（gāi）技术已经相当成熟，不仅仅是实验（yàn）室而是已经走向（xiàng）了实用，各大测（cè）绘厂商瞄准了其光明的前景而纷纷投入（rù）巨资参（cān）与研发（fā）使其进入了批量生产、产业化（huà）应用的阶段。
随（suí）着经济的发（fā）展，无（wú）人机航测（cè）系（xì）统从上个世纪末（mò）就开始引进中（zhōng）国，首先是引起了科学研究单位的注意（yì），随着这几年的航测技术和影（yǐng）响成果的不断（duàn）应用，人们（men）开始认识（shí）到该技术的**性和（hé）广阔的应用（yòng）前景。这些运用无（wú）人机航（háng）测技术（shù）的先行者都把这（zhè）个技术（shù）比（bǐ）做15年（nián）来（lái）与GPS（ 卫星（xīng）定位）测量技术一样的划时代的（de）测绘（huì）技术，认为（wéi）它像15年前出（chū）现在国内的（de）GPS技术一样将极（jí）大的（de）促进测绘（huì）行（háng）业的发展。
无人机航测技术将给测绘工作带（dài）来（lái）深刻（kè）的变化。
首先从（cóng）外业数据采集（jí）上，无（wú）人机航测（cè）技术是无接触测量技术，这使（shǐ）得它直接突破了传统（tǒng）光学全站仪（yí）和GPS技术的限制（zhì）。使用者无（wú）需离开仪器即可采集数据，以往难（nán）于到达目标物的工程项目得（dé）以（yǐ）方便的完成。如（rú）：地形测量上的高悬的陡崖、隔河流的（de）边坡监测（cè）、危险（xiǎn）的滑坡地（dì）段，有（yǒu）毒（dú）区域的测（cè）量（liàng）、危险的高压电力设施等等（děng）。这些（xiē）项目在以（yǐ）往是很难或者无法完（wán）成的高技术（shù）高“含金量”的项（xiàng）目，有了无人（rén）机航测系（xì）统， 系数大大提高。
当然，该技术（shù）用在较为普通的项目上（shàng）也很有意义，因为它面式扫描测（cè）量（liàng）、需要跑（pǎo）棱镜或者安放GPS接受机的工作变（biàn）成（chéng）“无接触、无（wú）跑动”的工作，减少了工作（zuò）量，减少了人力，减少了人（rén）为误差，降（jiàng）低了劳动强度，还提高了效率。
另外（wài），无（wú）人（rén）机航（háng）测系统的数据采（cǎi）集速度（dù）是常（cháng）规仪器的（de）数万倍（bèi），极大地提高了外业工（gōng）作的（de）效率。比如测绘一个平方公里的1:2000地形（xíng）图全（quán）站仪（yí）人工（gōng）跑（pǎo）棱镜测（cè）图，几（jǐ）乎是（shì）一台（tái）全站仪2个人苦干（gàn）两天的工作，即使（shǐ）是用（yòng）1+1 RTK技术也需要2天，而使用无人机（jī）加一个人仅需要（yào）不到30分（fèn）钟。其效率（lǜ）是不言（yán）而喻的，效益也（yě）是非常明（míng）显的。
可能有人（rén）会说（shuō）航测的内（nèi）业（yè）工作量巨大，因（yīn）为航片（piàn）的数据需要（yào）人工拼接，处（chù）理成图，费时（shí）费力（lì）。其实（shí）这已经是（shì）过去了，现有软（ruǎn）件已经（jīng）很好地实现图幅的自（zì）动拼（pīn）接（jiē）和匹（pǐ）配，数据的自（zì）动化处理成都（dōu）也很（hěn）好，而且数据精度可靠、整体一致（zhì）性好。
在（zài）航测后（hòu）处理软件里，数据可以任意的裁剪、取样。如（rú）选（xuǎn）择（zé）不同的区域作不同（tóng）的处理（lǐ），可以任意（yì）按需抽取（qǔ）一（yī）部分数据或者去（qù）掉一部分数据。如，可以自定将地形上特（tè）征（zhēng）地物进行提取。
当（dāng）然，航测数据处（chù）理更多的是利用自（zì）动、批量处（chù）理工具进（jìn）行（háng）的，如批量生成断面（miàn）线、任意纵横剖面线、等高线生成与（yǔ）标注、线状地物的（de）提（tí）取和（hé）体积或填挖的计算等等；只（zhī）需要选择好操作（zuò）区域，填入几个要求数据如等高距、断面间距、填挖（wā）平衡点等，程序即可按（àn）照要求数据自动计算（suàn）给出（chū）结（jié）果，这一个过（guò）程远远快于传（chuán）统手段！
航测（cè）数据经过处理后将（jiāng）快速的提（tí）供（gòng）高质量的视觉效（xiào）果鲜明（míng）的二维、三维成果，比（bǐ）以（yǐ）往的数据表格（gé）要更为丰富（fù）更为直观。
所以，无人机航测（cè）技术将从外业、内业和成果方面深刻（kè）而积极的（de）改变测绘工作。
无（wú）人机航测技术不仅（jǐn）仅将大大提升（shēng）测绘水平，还将（jiāng）极大的（de）扩（kuò）展测绘（huì）技术的应用（yòng）面，带来更多业务提供更多的（de）测绘产品。这是因为该技术是虚拟（nǐ）现实技（jì）术的（de）必（bì）要手（shǒu）段，为真3D GIS地（dì）理信息系统、为矿产业的开采模拟、为（wéi）企业的（de）模拟培（péi）训、数（shù）字化管理和为军队的模拟训练等等（děng）提供（gòng）必需的基础数据成（chéng）果。
与现代化的传统测绘工具全（quán）站仪和GPS RTK接收机不同，这些仪器仅能单（dān）点采（cǎi）集（jí）数据，仅能用于测绘上测（cè）点或（huò）者点放（fàng）样、控制测量等，无人机航测技术以其技术特色超越了测绘（huì）行业的（de）限制（zhì）。在这（zhè）个数字化地球、数字化（huà）城市（shì）概念深入人心（xīn）的时代，这个（gè）“视（shì）觉经济”时代（dài），无人机航（háng）测技术必将（jiāng）在（zài）国（guó）民经济的建设中发挥重要的作用（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（dà）范围采（cǎi）用。在中国，经济的飞速发（fā）展，庞大的基（jī）础设施建设规模，使得各（gè）行业对无（wú）人机有（yǒu）着强劲的需求，再加上门槛（经济、技术（shù））的降低，拥有（yǒu）无人机（jī）的单位越来（lái）越多，整体呈快速上升趋（qū）势。
无人机航测系统已经相当成熟，体积小巧（qiǎo）携带方便；有着简（jiǎn）单明了（le）的内外业流程（chéng）；不一样的是采集方法更简（jiǎn）单，设定完参数就等自动飞（fēi）行（háng）采集数据；因此，一般测（cè）量员即可（kě）操（cāo）作，没有什么高技（jì）能要求。内业（yè）的（de）操作同（tóng）样是自动化程度高，一般的内业数据处理人员（yuán）即可掌握。