刘博
甘肃大禹九洲空间信息科技有限公司 甘肃兰州 730050
摘要：本文围绕UAV低空航测在即时性、精确性方面的需求以及光学优势两个方面展开分析，并从航测反应能力突出、测量效率高、测量时效性和性价比较高、在监控区域方面受到的限制较小、具有良好的地表数据快速获取和虚拟模型构建能力等方面梳理了UAV低空航测技术的特性，以供参考。
关键词：UAV低空航测；测量效率；测量实效性；监控区域限制
引言：业内认为，无人机低空航测技术是对传统航空摄影测量手段的有利补充，具有机动灵活、高校快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点[1]。此种航测技术一般应用于小区域和飞行较为困难的地区，小型无人机飞过的地方，机载影像设备能够实时拍摄高精分辨率的影像，有助于收集更加精准的一手数据，高质量地完成测量。
1.UAV低空航测的应用需求分析
1.1UAV低空航测在测绘即时性、精确性方面的需求
在大众的认知中，无人机低空航测技术似乎仅仅应用于一些纪录片的拍摄以及工程测绘方面。比如著名的饮食文化纪录片《舌尖上的中国》第二季中的一个故事，主要讲述生活在高山之上，在悬崖峭壁上种植食物，进而自给自足的一家人的故事。在取景时，由于地势险要，人无法靠近悬崖边缘，故使用无人机，在低空飞行的过程中，由机载摄像机拍摄画面，最终完成镜头的拼接，形成完整的纪录片。但实际上，无人机低空航测的应用需求远非如此简单。具体而言，在无人机低空航测技术尚未出现之前，如果某一个地区出现了突发情况，但本可用于测量的卫星刚刚离开该区域，那么在接下来的20多个小时内，该地区无法借助卫星收集目标区域的相关信息。又比如，某地区需要在距离为数百公里的A、B两个区域之间修建一条线路工程，需要使用1m分辨率的影像支持。对应分辨率的卫星轨道成像宽度为11km，在天气允许（每日都放晴）的情况下，仅仅是影像方面的准备、等待时间就达到50天左右，严重制约了工程的进展。在此情况下，人们想到了驾驶飞机进行有人拍摄。但直升机的使用成本极高，加之极其容易受天气影像，无法满足“即时性”的要求。基于此，基于无人机的低空航测技术应时而生。一方面，小型无人机成本低（质量好的小型无人机购买成本仅为千元），稳定性、可操纵性较强，能够保证正常航拍作业；另一方面，小型无人机可以搭载数码摄像机等影像设备，可完全实现“随时起飞拍摄”。此外，随着遥感技术的不断提升，加之影像设备性能的不断提升，无人机低空航测得到的数据的精确程度也在不断提升，可满足精细测绘的需要。
1.2UAV低空航测的光学优势分析
无人机低空航测在光学方面具备的优势为：如果地面上某单元的面积与空中影像设备的一个感光像元刚好契合（即地面单元面积成像于对应的位置），则按照光度学的原理——照度的距离平方反比定律，可得出如下结论：该像元能够接收到的光能量，与空中影像学设备中的“镜中心”到地面单元的距离的平方成反比，与影像学设备孔径的平方成正比。此种光学优势的具体应用为：地面操控无人机的人员可将无人机的飞行高度、数码摄像机等影像学设备自身的镜中心、孔径等参数、距离被测区域之间的大概距离等输入计算机智能模型分析软件，通过不断地调整无人机飞行高度、影像学设备拍摄角度等方式，找到最佳成像位置，进而使拍摄出的画面在无需处理的情况下即可达到最大清晰度，有助于系统性地提高测量效率。
2.UAV低空航测技术的特性分析
2.1航测反应能力突出、测量效率高
无人机低空航测技术的首项特性为：具备较为快速的航测反应能力。通常情况下，无人机只需在低空空域飞行（飞行高度约在百米左右）。基于此，在空域申请方面的便利性较高，且受气候条件的影响较小。不仅如此，现代小型无人机几乎没有起降场地方面的限制，很多型号的无人机的起飞原理与直升机相同，通过螺旋桨的转动即可产生向上的升力，无需滑行即可直接起飞。对于一些“传统”的无人机来说，只需一段较为平整的直线路面，也能够完成起飞。总体而言，无人机在低空飞行的过程中，对获取数据时的地理空域、气象条件等因素的要求较低，几乎能够解决所有人工探测模式下的难题。
2.2测量时效性和性价比较高
传统的高分辨率卫星遥感数据收集过程通常会在两个方面遇到较为显著的问题。其一，数据存档方面的实效性较差；第二，采用编程拍摄的方式收集影像数据时，尽管能够及时获得最新的影像信息，但该过程耗时较长，且从“即时捕捉到相关信息”开始直到完成“相关信息记录存储完毕”，往往经过了较长的时间，故即时性也无法得到保证。而使用无人机低空航测技术时，上述问题几乎不会产生干扰。具体而言：测绘工作组抵达目标测量区后，无人机搭载影像学设备后可立即起飞，并对目标区域进行环绕式追踪拍摄。得益于互联网通讯技术的迅猛发展，机载影像学设备拍摄的画面可实时传递至地面人员操作的计算机控制端屏幕中，测绘及数据信息处理工作均可在极短时间内完成。如前文所述，小型无人机的价格较低，故此种测绘方式拥有极高的性价比，值得广泛应用。
2.3在监控区域方面受到的限制较小
我国幅员辽阔，不同地区的地形结构、自然气候差别极大。比如在我国西南地区，从纬度上来看，已经接近亚热带和热带，故该纬度下的平原地区年平均温度应该在20℃以上，且降雨量较大。但实际上，如果该类地区拥有高海拔山脉，则随着海拔的提升，气温会大幅度降低。在此种情况下，传统的卫星遥感数据在收集过程中会受到很大的限制。因此，我国规定，大飞机航拍必须考虑云层、高海拔山脉极低的自然气候造成的影响。由此造成的结果是，航测影像学资料程度质量较差。而使用小型无人机可有效解决上述问题，不仅在航高方面不受限制，成像质量及精度等均远远超过传统的大飞机航拍。
2.4具有良好的地表数据快速获取和虚拟模型构建能力
近年来，随着影像学设备性能的迅猛提升，加之5G技术的不断成熟，使得无人机的低空航测技术突飞猛进。具体表现在：无人机搭载影像学设备飞抵目标测量区域上空时，能够在极短时间内获得地表全貌数据。得益于超高分辨率的数字影像和高精度定位的数据，通过5G通信技术与机载设备相连的计算机智能软件会实时虚拟出目标测量区域模型。如DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据[2]等，均有助于更加全面、清晰地展现目标测量区域的实际景象。技术人员结合影像数据信息以及虚拟模型参数之后，能够更加全面地分析、处理、运用相关数据，以便最大化发挥其价值。
结语：无人机与航空摄影测量充分结合之后，使得无人机数字低空遥感测量成为航空遥感测量领域的全新发展方向。随着无人机性能以及机载影像学测量设备性能的不断提升，无人机低空航测技术可以广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急处理、国土监察及城镇规划设计等方面，有助于获得更加精确的数据，进而使规划设计方案更加完善。
参考文献：
[1]杨阳,唐晓岚,詹巧巧,等.基于无人机低空航拍航测技术的传统聚落调查及其应用前景——以南京市老门东为例[J].中国园林,2021,37(03):72-76.
[2]崔秀燕.利用无人机低空数码航测技术监测矿区开采沉陷变形的初步研究[J].中国金属通报,2020(02):288-289.
作者简介：刘博（1991-04），女，汉，甘肃宁县人，本科，现有职称：助理工程师，研究方向：摄影测量与遥感