隨著空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)實(shí)現(xiàn)了從空中和太空中觀測(cè)地球的理想，遙感正是實(shí)現(xiàn)這一理想的利器。通過(guò)有人飛機(jī)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(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性難以保障。

　　無(wú)人機(jī)技術(shù)正好成為衛(wèi)星和有人機(jī)獲取手段的有效補(bǔ)充，一方面，無(wú)人機(jī)飛行高度低、分辨率高，可以長(zhǎng)時(shí)間對(duì)感興趣的地區(qū)進(jìn)行“凝視”性觀測(cè);另一方面，無(wú)人機(jī)沒(méi)有人員傷亡危險(xiǎn)，操作靈活，對(duì)環(huán)境要求低，甚至可以在危險(xiǎn)環(huán)境中完成任務(wù)。因此，在航空遙感領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)異軍突起，頗受關(guān)注。

　　國(guó)情普查——用腳步丈量土地

　　測(cè)繪作為一項(xiàng)古老的行業(yè)，最開(kāi)始就是個(gè)苦活累活，測(cè)繪基本可以分為：外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)繪圖。而外業(yè)測(cè)量，通常是按照傳統(tǒng)的測(cè)量方式——用腳步丈量土地，到底有多苦有多累，國(guó)情普查的普查員最有發(fā)言權(quán)。

　　2013年，我國(guó)開(kāi)始了全國(guó)第一次地理國(guó)情普查，普查于2015年結(jié)束，歷時(shí)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(chē)，手持電子平板和紙圖進(jìn)行核查。遇到山區(qū)或者地形復(fù)雜的核查區(qū)域，全靠?jī)蓷l腿。

　　普查員需要背著全站儀，認(rèn)真地核對(duì)衛(wèi)星影像圖上的一個(gè)個(gè)小圖斑，看到不準(zhǔn)確的地方，馬上標(biāo)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(shí)，最主要的工作就是不停地走、不停地核對(duì)，手上的軌跡儀，每15秒鐘打一個(gè)點(diǎn)，記錄下每天的行進(jìn)路程。絕無(wú)偷懶的機(jī)會(huì)。

　　這份苦不是一般人能受的，宇辰網(wǎng)記者也接觸過(guò)不少測(cè)繪專(zhuān)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(guò)第一次國(guó)情普查的普查員說(shuō)，有新來(lái)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(guó)情外業(yè)核查工作如此辛苦，所以才有無(wú)人機(jī)測(cè)繪的簡(jiǎn)便易行。

　　同樣是在第一次國(guó)情普查期間，海南部分地區(qū)就采用了無(wú)人機(jī)航測(cè)。國(guó)家測(cè)繪地理信息局第四航測(cè)遙感院利用無(wú)人機(jī)對(duì)海南萬(wàn)寧、興隆變化較大的地區(qū)進(jìn)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(guó)情外業(yè)隊(duì)使用，用于海南萬(wàn)寧、興隆地區(qū)外業(yè)新增補(bǔ)測(cè)工作。

　　同樣，山東省也啟用了無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)。濟(jì)南市勘測(cè)院受山東省第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組委托，承擔(dān)了濟(jì)南市地理國(guó)情普查的生產(chǎn)任務(wù)。

　　濟(jì)南市勘測(cè)院工作人員使用了兩款無(wú)人機(jī)航測(cè)無(wú)人機(jī)，目前有固定翼和旋翼兩款無(wú)人機(jī)，用無(wú)人機(jī)對(duì)工作人員難以到達(dá)的偏僻山區(qū)進(jìn)行高清拍攝。

　　在航測(cè)中，充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外有效結(jié)合，低空航測(cè)和地面外業(yè)調(diào)繪優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有效提高國(guó)情外業(yè)調(diào)繪工作效率，縮短了外業(yè)作業(yè)時(shí)間，為國(guó)情普查工作的順利完成打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　固定翼與旋翼在測(cè)繪上的應(yīng)用各有側(cè)重

　　上文剛提到目前測(cè)繪無(wú)人機(jī)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(lái)說(shuō)說(shuō)相同之處，一套典型的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)至少應(yīng)該包括無(wú)人機(jī)平臺(tái)、地面控制子系統(tǒng)、任務(wù)載荷子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路子系統(tǒng)以及影像數(shù)據(jù)處理與測(cè)繪成果制作子系統(tǒng)五部分組成。

　　在起飛前，都應(yīng)該關(guān)注作業(yè)區(qū)域的環(huán)境，收集相關(guān)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(chǎng)等情況。

　　檢查飛機(jī)狀態(tài)，需對(duì)飛機(jī)姿態(tài)、角度進(jìn)行調(diào)整，以確保飛機(jī)準(zhǔn)確通訊。無(wú)人機(jī)機(jī)體內(nèi)都配備有電子羅盤(pán)，磁校準(zhǔn)等設(shè)備來(lái)確保飛機(jī)在飛行過(guò)程中的自我姿態(tài)控制。

　　飛機(jī)放飛后該對(duì)飛機(jī)進(jìn)行飛行監(jiān)測(cè)，主要做三個(gè)工作：對(duì)航高、航速、飛行軌跡的監(jiān)測(cè);對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和空速、地速進(jìn)行監(jiān)控;隨時(shí)檢查照片拍攝數(shù)量。

　　據(jù)埃洛克飛控算法專(zhuān)家王謙介紹，空氣質(zhì)量與航高息息相關(guān)，航高越高，對(duì)顆粒物、水汽條件的要求就越嚴(yán)格。由于無(wú)人機(jī)大多在云層下方進(jìn)行作業(yè)，所以云層厚薄與航測(cè)的關(guān)系還不是那么大。

　　執(zhí)行回測(cè)任務(wù)的無(wú)人機(jī)在性能上還有諸多要求，相對(duì)航高一般不超過(guò)1500米，續(xù)航時(shí)間大于1.5小時(shí)，能在4級(jí)風(fēng)的情況下安全飛行等。

　　針對(duì)有人指出無(wú)人機(jī)測(cè)繪不能進(jìn)行大比例尺，比如1:500的航測(cè)任務(wù)，王謙表示其實(shí)無(wú)人機(jī)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大比例尺的測(cè)繪了，“目前很多人使用的索尼黑卡4200萬(wàn)像素相機(jī)，飛200米的高度足夠?qū)崿F(xiàn)1：500的分辨率，另外多加一些地面控制點(diǎn)就可以使精度達(dá)到要求。”

　　針對(duì)固定翼和旋翼機(jī)哪一種更適合做測(cè)繪，王謙也給出了自己的看法。他認(rèn)為，固定翼的優(yōu)勢(shì)是速度快，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，所以適合較大面積測(cè)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(cè)繪，不過(guò)需要跑道起降，對(duì)場(chǎng)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(cè)繪，優(yōu)勢(shì)就是可以不需要跑道，彈射起飛，回收時(shí)采用傘降。

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

　　綜合起來(lái)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(cè)繪行業(yè)更多的是固定翼，大概70%的航測(cè)任務(wù)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(jù)場(chǎng)景確定用哪種平臺(tái)，小范圍的就是多旋翼更合適了。

　　關(guān)于作業(yè)環(huán)境的要求，王謙認(rèn)為，在用固定翼進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，抗風(fēng)要求跟飛行平臺(tái)抗風(fēng)性能和測(cè)繪相機(jī)的云臺(tái)性能有關(guān)，不同飛機(jī)限制不同。目前市面上大部分測(cè)繪無(wú)人機(jī)都能滿(mǎn)足4級(jí)左右的風(fēng)力，甚至還有能抗6級(jí)風(fēng)的。

　　由于無(wú)人機(jī)航測(cè)需要獲取多角度的數(shù)據(jù)，這就注定了測(cè)繪無(wú)人機(jī)不能像物流無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的一樣，從A點(diǎn)到B點(diǎn)就結(jié)束飛行。無(wú)人機(jī)的航線需要認(rèn)真規(guī)劃。

　　以上說(shuō)的都是和外業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，但別忘了測(cè)繪還有內(nèi)業(yè)。所謂“外業(yè)”，就是外出作業(yè)，拿著內(nèi)業(yè)初判出來(lái)的影像圖，通過(guò)走訪實(shí)地核查、改正;而“內(nèi)業(yè)”，就是通過(guò)衛(wèi)星或航拍獲得基礎(chǔ)影像圖后，用專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技術(shù)判讀、描繪出所屬區(qū)塊。

　　數(shù)據(jù)收集之后……

　　數(shù)據(jù)本身沒(méi)有意義，經(jīng)過(guò)處理、加工、提煉的信息才有意義。

　　無(wú)人機(jī)測(cè)繪得到的數(shù)據(jù)首先是影像，獲取影像的方法有很多，目前無(wú)人機(jī)主要是兩種：正射和傾斜攝影。

　　當(dāng)高空拍攝，中心投影光線近似的被認(rèn)為平行時(shí)，當(dāng)?shù)匚锔叩筒顒e引起的正射化投影誤差可被忽略時(shí)，對(duì)影像可進(jìn)行正射化處理，因?yàn)檫€可能有傾斜角變形。近景攝影測(cè)量的任意角度拍攝中存在的問(wèn)題是遮擋，航空攝影測(cè)量也有這個(gè)問(wèn)題。有了同方向傾斜像對(duì)，可以形成地物側(cè)面的前方交會(huì)測(cè)量數(shù)據(jù)，傾斜攝影是多角度攝影的一類(lèi)方法，為了獲得除了頂部外的更多地物不同側(cè)面進(jìn)行的相機(jī)陣列組合中的相機(jī)姿態(tài)調(diào)整，目的是立體像對(duì)同名點(diǎn)無(wú)死角。

　　傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同的角度采集影像，將用戶(hù)引入了符合人眼視覺(jué)的真實(shí)直觀世界。

　　目前，無(wú)人機(jī)尚不能完全取代人工作業(yè)，但無(wú)人機(jī)的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)可以互相補(bǔ)充了。以智慧城市建設(shè)航測(cè)為例，在進(jìn)行道路及下水道規(guī)劃時(shí)，使用無(wú)人機(jī)對(duì)道路上的井蓋進(jìn)行正攝影像數(shù)據(jù)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(cè)量。但隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，多角度航測(cè)的傾斜攝影目前已經(jīng)在很大程度上彌補(bǔ)了正攝影像技術(shù)的不足。

　　無(wú)人機(jī)可以通過(guò)遙感軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析等處理，能快速有效的提取所需要的信息，利用軟件對(duì)影像進(jìn)行柵格矢量化，可以快速得出該地區(qū)矢量圖。比如，需要計(jì)算測(cè)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(jì)算出該地區(qū)準(zhǔn)確的耕地面積，能夠節(jié)省大量的人力和時(shí)間。

　　無(wú)人機(jī)影像獲取周期短，時(shí)效性強(qiáng)，有利于快速得到影像，便于快速及時(shí)有效的統(tǒng)計(jì)面積。目前而言，盡管無(wú)人機(jī)已經(jīng)部分應(yīng)用于遙感測(cè)繪各行業(yè)，由于圖片獲取及處理技術(shù)尚未完全成熟，目前尚不能完全取代傳統(tǒng)的“腳步丈量”。但無(wú)人機(jī)測(cè)繪已經(jīng)能成為衛(wèi)星和有人機(jī)獲取遙感數(shù)據(jù)手段的有效補(bǔ)充了。隨著無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)無(wú)人機(jī)一定會(huì)逐步取代費(fèi)時(shí)費(fèi)力的腳步丈量。