无人（rén）机航（háng）测系统可行（háng）性分（fèn）析（xī）
西安（ān）易游和宇航者创新（xīn）科技有限（xiàn）公司
随（suí）着我（wǒ）国经济的快速发展以及科技进（jìn）步（bù），自动控制技术、GPS定位导航技术、航空遥感（gǎn）测绘技术以及无线电通信等技术的（de）发展，无人机的（de）使用（yòng）已从军事（shì）领域拓展到许多民用领（lǐng）域，如地形测绘、灾情监测、林（lín）业（yè）调查、农作物监测等（děng）。其中利用无人机航（háng）空摄影（yǐng）测（cè）量（liàng）能够 完成（chéng）工程建（jiàn）设规划及巡查任务。
1. 无人机摄影（yǐng）测量技术概述
无人机（jī）(unmanned aerial vehicle)是（shì）一种由（yóu）无（wú）线电遥控设（shè）备或自（zì）身（shēn）程（chéng）序控制装（zhuāng）置操纵的无人驾驶飞行器。近年来地理空（kōng）间信息技术取得了（le）飞速的发展，尤其是灵（líng）活机动（dòng）、具（jù）有快速响应能力（lì）的（de）轻小（xiǎo）型航空（kōng），更是在.近几年迅（xùn）速（sù）成长，成（chéng）为航空遥感领域一个引人注目的亮点（diǎn）。
无（wú）人机航测技术体现了无人机（jī）与测绘的紧（jǐn）密结合同时也提供了更 的测绘方式（shì）。经实验证明，无人机航（háng）测技术完全（quán）可以达到1:1000国家航空摄影测量规范的（de）要求。
1.1无人机航测特点
统由于航空遥感平（píng）台及传感器的限制，普通的航空摄影测量手段在获取小面积、大比例尺数据方面存在（zài）成本高（gāo）、性价比（bǐ）差等问题。具有低成本和（hé）机动灵活等诸多优点的低（dī）空无人机遥感能在小区（qū）域（yù）内快速获取高质量遥感（gǎn）影像，是国家航（háng）空遥感监测体系的重（chóng）要（yào）补充（chōng），是航空遥感的未（wèi）来发展方向。在当今卫星遥感（gǎn）和普（pǔ）通航空遥（yáo）感（gǎn）蓬勃发（fā）展（zhǎn）的（de）形势（shì）下（xià），轻小型低空遥感是粗（cū）中（zhōng）细分辨率互补的立体监测体系中不可（kě）缺少的重要技术手段。
低空无人机遥感系统，作为卫星遥（yáo）感与普通航空摄（shè）影不（bú）可缺少的补充，它有如（rú）下优（yōu）点：
无人机可以超低空（kōng）飞（fēi）行，可在云（yún）下飞行航摄（shè），弥补（bǔ）了卫星光学（xué）遥（yáo）感和普通航空摄（shè）影经常受云层遮挡获取不到影像的缺陷；
由于低空（kōng）接近（jìn）目标，因此能以比卫星遥感（gǎn）和普通航摄（shè）低得多（duō）的（de）代价得到更高分辨率的影（yǐng）像（xiàng）；
能实现适应地形和地物的（de）导（dǎo）航与（yǔ）摄像（xiàng）控制，从（cóng）而得（dé）到（dào）多角度、多建（jiàn）筑面（miàn）的地面（miàn）景物影像（xiàng），用以支持构建（jiàn）城市三维景观模（mó）型，而不（bú）局限于卫（wèi）星遥感与（yǔ）普通航摄的正射（shè）影像常规产（chǎn）品；
使（shǐ）用成（chéng）本（běn）低，无人（rén）机体形小（xiǎo）, 耗费（fèi）低, 对操作员的培养周期相对较短。系的保（bǎo）养和维修简（jiǎn）便, 同（tóng）时不（bú）用租赁起飞和停放（fàng）场地，可（kě）以无需（xū）机场起降，因而（ér）灵活机动，适应（yīng）性强，容（róng）易成为用户自主（zhǔ）拥有的设备；
回避了飞行员人身 的风险；
比起（qǐ）野外实测而言，无人机航测方（fāng）法具有周期短、效率高、成本低等特（tè）点。
对于面积（jī）较小的大比（bǐ）例尺地形测量任务(10-100平方公（gōng）里)，受天气和空域管理的限制较多，成本（běn）高；而采用（yòng）全（quán）野外数据（jù）采（cǎi）集方（fāng）法成图，作业量大（dà），成本也高。
而（ér）将无人机遥感系统进行工程化、实用化开发，则可以利用它机动（dòng）、快速、经（jīng）济等优势（shì），在阴天（tiān）、轻（qīng）雾天也能获取（qǔ）合格（gé）的彩色影像，从而将大量的野外工（gōng）作转（zhuǎn）入内业（yè），既能 劳动强度，又能提高（gāo）作业的技术水平和精度（dù）。
1.2国内无人机发展现状
国内无人机（jī）近几年来发（fā）展比（bǐ）较快，而除（chú）军事用途外，由（yóu）于无人机成本相对（duì）较低、无人员伤亡风（fēng）险（xiǎn）、生存（cún）能力强、机动性能好、使用（yòng）方便等的优势，使得无人机（jī）在航空拍照、地质测量、高压输电线路（lù）巡视、油田管路检查、高速公路管理、森（sēn）林防火（huǒ）巡（xún）查、毒气勘察、缉毒和应（yīng）急救（jiù）援、救护等民用领（lǐng）域（yù）应用前（qián）景极为广阔。正是（shì）因为看到未来无人机（jī）的民用市场潜力巨（jù）大，除一些科研院（yuàn）所外，民营企业也开始（shǐ）介（jiè）入无（wú）人（rén）机市场。目前（qián）粗略估计 约有170多（duō）家单位在生产（chǎn）无人机。
2.无（wú）人机（jī）系统介绍
无人机系（xì）统结合了无（wú）人机技（jì）术和摄影测量技术，是（shì）较传统方式更为灵活的航测平台。无（wú）人机系统可快速（sù）为用户获取采用传统（tǒng）方式需要（yào）较（jiào）长项（xiàng）目周期和高昂（áng）费用才能获取的正射影像图（DOM）和数（shù）字地表模（mó）型（DSM），可应（yīng）用在各（gè）个领域，包括灾害应急制（zhì）图、水文地（dì）质（zhì）、基础测绘、国土规划（huá）、地理国（guó）情监测、矿（kuàng）山（shān）、公（gōng）路、铁路、水利电力等带状地物测图（tú）等等。
旋翼无人机
2.1无人机系统组成
无人机系统都是由（yóu）硬件（jiàn）与软（ruǎn）件组成。
2.1.1硬件
配（pèi）有电子控制装置（zhì）的无人飞机
发射架（jià）或旋翼
备用机身（shēn）
地面控制器（qì）或手机APP
无（wú）线通（tōng）讯模块(2.4 GHz)
数码（mǎ）相机（已（yǐ）标定）
电池充电器（qì）
高（gāo）性（xìng）能锂电池或燃油
备用（yòng）件
2.1.2软件（jiàn）
系统软件包括外业控制软件与数据后处理软件。
（1）外（wài）业操作控制软件
通（tōng）过该软件（jiàn）可实现飞行任务设计、飞行规划、飞行操作与控制、飞行成果质量（liàng）检查与分析。
图2无人机系统飞行（háng）任（rèn）务设计
图3无人机（jī）系统飞行规（guī）划
（2） 数据后处理软件，包（bāo）括（kuò）Global Mapper，Pix4Dmapper等
该软件提供简易、直观（guān）的数（shù）据处理流（liú）程，用于原始数据的处理，提取各种成果（guǒ）数（shù）据，如正射影像、数字高程模型（DEM）、KML格式数据、3D模型数据以（yǐ）及点（diǎn）云数据（jù）等。
图4 无人机后处理软件Pix4Dmapper数据导（dǎo）入处理
图5 无人机系统后处理软件Pix4Dmapper——生成正射影像
图6 无人机系统（tǒng）后处理软件Pix4Dmapper——生成（chéng）数字表面（miàn）模型（DSM）
2.2 无人机系（xì）统的特点与优势
作为全新一代的无人机航（háng）空摄影（yǐng）测量测量系统，具有以下特点与优势：
1. 云下自主（zhǔ）飞行，作业航高（gāo）在（zài）75~750m。
2. 操作简单、方便快捷、快速（sù）
3. 自动化数字图像处理
4. 中（zhōng）小区域测图，地（dì）面采样间隔（GSD）达到2.4cm
5. 高频率、多时相（xiàng）扫描拍（pāi）摄覆盖整个测区，全自动（dòng）地采集高分辨率原始数字图像（xiàng），并且每条（tiáo）航（háng）带（dài）上的数字图像都具有GPS位置与飞行（háng）姿态信息。
6. 随时（shí）获取目标区域（yù）图像（xiàng）
7. 作（zuò）业（yè） 、无污染
8. 高端黑（hēi）盒电子产品(内在)+可更换的外形
9. 充分（fèn）满足（zú）各（gè）种（zhǒng）环境所需
10. 测（cè）绘级（jí）别产品
2.3 无人机系（xì）统的工作原理
无人机系统是（shì）以无人驾驶飞行器为飞行平台，搭载数码相机进行图像采集，以（yǐ）获取高（gāo）分辨率遥感（gǎn）数据（jù）为应用目标，通过3S技（jì）术（shù）在系统（tǒng）中（zhōng）的集成应用，达到实时对（duì）地观测能力和遥感（gǎn）数据快速处（chù）理。飞行（háng）前（qián）先通过地面控制平台电脑或手（shǒu）机（jī）APP来（lái）制定飞行作业计划，如测（cè）区范围（wéi）、起飞降落位置、飞行航高、影（yǐng）像重叠（dié）率及风向等参数的确定。系统中的（de）飞行任务设计软（ruǎn）件根据上述（shù）参数可自动设计（jì）出飞行航线以（yǐ）及起飞降落的位置，然后（hòu）利用无（wú）线通讯模块将飞行计划（huá）上传至自备的电子控（kòng）制（zhì）装置中（zhōng），然后通过无线通讯模块与电子控制装置（zhì）协同（tóng）操纵飞行平台来完成图像数据（jù）采集。
2.4 无人（rén）机（jī）系统的作业（yè）流程
无人（rén）机（jī）系统目（mù）前（qián）已（yǐ）经在很多工程中应（yīng）用，作（zuò）业的基本内容（róng）包括：系统（tǒng）组件连接与安装、飞行（háng）任（rèn）务设计、外业（yè）数（shù）据采集（图像数据（jù）与飞行轨迹数据获（huò）取）、内业数据处理（lǐ）（图像数据（jù）解算处理（lǐ），成果数（shù）据提取）等内容。
二．无（wú）人机航（háng）测（cè）系（xì）统的应用
目前，无人机已成功应用多个（gè）行业，主要应用（yòng）有：
水利、电力等能源与环（huán）境
基础（chǔ）设施与工（gōng）程（chéng）监测
基础测绘、土地管（guǎn）理与规划
植被监测（结合可见光、近红外图像应用于精细农业与森林保护）
灾情监测、应急快速响应测图
露天矿山测绘
3D建（jiàn）模与可视（shì）化
资产管理
水（shuǐ）文（wén）、地质、考古研究等（děng）
图7 无人机系统应用行（háng）业（yè）分布图
无（wú）人机航空摄影测量系统（tǒng）具（jù）有高灵（líng）活、快响应、低（dī）成（chéng）本、实时（shí）等特点（diǎn）与优势，与卫星（xīng）遥感与传统（tǒng）航空（kōng）摄（shè）影测量（liàng）相比（bǐ），尤其（qí）在低空获取高分辨率数（shù）字图（tú）像，输电（diàn）线（xiàn）路规划、电厂（变电（diàn）站）址地形图像获取，发电厂料堆体积（jī）计算、灾害应急（jí）响应等方（fāng）面，无人机系统具有不可替（tì）代的作用。
近几（jǐ）年来无人机航测技术在国内开始热门起来，由于该技术比起传统测绘技术来，有（yǒu）着极其优越的特性，可获取无以（yǐ）伦比的（de）多层次成（chéng）果和成（chéng）万（wàn）倍生产（chǎn）效率的提升；并且（qiě）经（jīng）过十多年来（lái）的飞速发展（zhǎn），该技（jì）术已经相当（dāng）成熟，不（bú）仅仅（jǐn）是实验室（shì）而（ér）是（shì）已经走向了实（shí）用，各大（dà）测（cè）绘（huì）厂商瞄准（zhǔn）了其光明的前景而纷纷投（tóu）入巨资参与研（yán）发使其进入（rù）了批量生产、产业化应用的阶段。
随着经（jīng）济的发展，无人机航测系（xì）统（tǒng）从上个世纪（jì）末就开始引进中国（guó），首先是引起了（le）科（kē）学研究单位的注（zhù）意（yì），随着这几（jǐ）年的航测技术和影响成果（guǒ）的不（bú）断（duàn）应（yīng）用，人们开（kāi）始认识到该技（jì）术的**性（xìng）和广阔的应用前景。这些运用无人机航测技术的先（xiān）行者都（dōu）把（bǎ）这个技术比做（zuò）15年来（lái）与GPS（ 卫星定位）测量（liàng）技（jì）术一样的划时代的测绘技术，认为它像15年前（qián）出现在国内的GPS技术一样将极（jí）大的促进测绘行业的发展。
无人机（jī）航测技术将给测绘工作带来深刻的变化。
首先从外业（yè）数据采集上，无人机航测技术是（shì）无接触测（cè）量技术，这使得它直接突破了传（chuán）统光学（xué）全（quán）站仪和GPS技术的（de）限制。使用者无（wú）需离开仪器即可采集数（shù）据，以往难于到达目标物的工程项目得以方便的完成。如：地形测量（liàng）上的高悬的（de）陡崖（yá）、隔河（hé）流的边坡（pō）监（jiān）测、危险的滑坡地段，有毒区域的测量（liàng）、危（wēi）险（xiǎn）的高压电（diàn）力设施等等。这些（xiē）项目在以往是很（hěn）难或者无（wú）法完成（chéng）的高技术高“含金量”的项目，有了无人（rén）机航测系统， 系（xì）数（shù）大大（dà）提高。
当（dāng）然，该技术用在较为普（pǔ）通的项目上也很（hěn）有意义，因为它（tā）面（miàn）式扫（sǎo）描（miáo）测量、需（xū）要（yào）跑棱镜或者（zhě）安放GPS接（jiē）受机的工作变成“无接触、无跑（pǎo）动（dòng）”的（de）工（gōng）作，减少了工作量（liàng），减少了（le）人力，减少了人为误差，降（jiàng）低了劳动强度，还提高了（le）效率。
另外，无人机航（háng）测系统的数据采集速度是常规（guī）仪器（qì）的数万（wàn）倍，极大（dà）地提高了外业工作的效率。比（bǐ）如测绘一个平方公里（lǐ）的1:2000地形图（tú）全站仪人工跑棱镜测图，几（jǐ）乎（hū）是一（yī）台全站仪2个人苦干两（liǎng）天的工作（zuò），即使（shǐ）是用1+1 RTK技（jì）术（shù）也（yě）需要2天，而使用（yòng）无人机加（jiā）一（yī）个人仅（jǐn）需要不到30分钟（zhōng）。其（qí）效率是不言而喻的（de），效益也是非常明显的。
可能有人（rén）会说航测（cè）的内业（yè）工（gōng）作量巨大（dà），因为航片的数据需要人（rén）工拼（pīn）接，处理成图，费时费力。其实这已经是过去了（le），现（xiàn）有（yǒu）软件已经很（hěn）好地实现图幅的自动拼接和（hé）匹配，数据的（de）自动化处（chù）理（lǐ）成都也很（hěn）好（hǎo），而且（qiě）数（shù）据精度可靠、整体（tǐ）一致性（xìng）好。
在航测后处（chù）理软件里，数据可以任意的裁（cái）剪、取样（yàng）。如选择不同（tóng）的区域作不同的处理，可以（yǐ）任意（yì）按需抽取一部分数据或者去掉一部分（fèn）数据。如，可以自定将（jiāng）地（dì）形（xíng）上（shàng）特征地物进行提取（qǔ）。
当然，航（háng）测数据处理（lǐ）更（gèng）多的是利用自动、批量处理（lǐ）工具（jù）进行的（de），如批量生成断面线（xiàn）、任意纵横剖面线、等高（gāo）线生成（chéng）与标注（zhù）、线状地物的提（tí）取和体积或填（tián）挖的（de）计（jì）算（suàn）等（děng）等；只需要选择好（hǎo）操作区域，填入（rù）几个要求数据如等高距、断面间距（jù）、填（tián）挖平（píng）衡点等，程（chéng）序（xù）即可按照要求（qiú）数据自动计算（suàn）给出结果，这一个（gè）过程远远（yuǎn）快于传统手段！
航测数据经过处理后将快速的提供高质（zhì）量的视（shì）觉效果鲜明的二维、三维成（chéng）果，比以往的数据表格要更为丰（fēng）富更为直（zhí）观（guān）。
所以，无（wú）人（rén）机航测技术将从外业、内业和（hé）成果方（fāng）面深刻而积极（jí）的改（gǎi）变测（cè）绘工作。
无人（rén）机航测（cè）技（jì）术不（bú）仅仅将大大（dà）提升测绘水平（píng），还（hái）将极大的扩展测绘技（jì）术的（de）应用面，带来更（gèng）多业（yè）务提供更多的测绘产（chǎn）品。这是因（yīn）为该技术是虚拟现实技术（shù）的必要手段，为真（zhēn）3D GIS地（dì）理信息系统、为矿产（chǎn）业的开采模（mó）拟、为（wéi）企业的模拟培训、数字化管理和为军（jun1）队的（de）模（mó）拟训（xùn）练等（děng）等提供必需（xū）的基础数（shù）据成果。
与现（xiàn）代化的传统（tǒng）测绘工具全站仪和GPS RTK接收机不同，这（zhè）些仪器（qì）仅能单点采（cǎi）集数据，仅（jǐn）能用于测（cè）绘（huì）上测点或者点放样、控（kòng）制测量等，无人机（jī）航测（cè）技术以其技术特（tè）色超越了测绘行（háng）业的限制。在（zài）这个数字（zì）化地球、数字化城市概念深入人（rén）心的时（shí）代，这个“视觉经济”时代（dài），无人机航测技术（shù）必将在国民经济的建设中发挥重（chóng）要的作（zuò）用。
目前，无人机（jī）航测技术已经在发（fā）达（dá）国家测绘单位（wèi）中逐渐（jiàn）大范（fàn）围采用。在中国，经济（jì）的（de）飞速发展，庞大的基础设施建（jiàn）设规模，使（shǐ）得（dé）各行业对无人机有着强（qiáng）劲的需求（qiú），再加（jiā）上门槛（经济、技术）的降（jiàng）低，拥（yōng）有无人机的（de）单位（wèi）越（yuè）来（lái）越多，整体呈快速上升趋势。
无人机（jī）航测系统已经（jīng）相（xiàng）当成熟，体积小（xiǎo）巧（qiǎo）携带方便；有着（zhe）简（jiǎn）单明了的（de）内外业（yè）流程；不一样的是采集方法更简单，设定完参数就等（děng）自动飞（fēi）行（háng）采集数据；因此，一般测（cè）量员即可操作，没有什么高技能要求。内业的操作同样（yàng）是自动化程度高，一般的内业数据处理人员即（jí）可掌握。