探究無人機攝影測量技術在數(shù)字化地形測量的應用

黎炳漢

（梧州市國土資源勘測規(guī)劃院，廣西梧州 543002）

0 引言

近年來，我國城市化步伐逐漸加快，伴隨著城市工程建設和城市規(guī)劃的相關問題，城市區(qū)域的合理規(guī)劃從進行地形測量開始。隨著科技的不斷發(fā)展和新時代的要求，傳統(tǒng)的地形測繪方式已經(jīng)無法提供高質量的地形測繪數(shù)據(jù)。因此，相關研究人員根據(jù)城市建設和規(guī)劃的實際情況，以及新時代對地形測繪的基本標準和要求，開始大力推廣航空攝影測量技術，利用這項技術能夠精準且高效地測量地形，給我國的城市規(guī)劃提供良好的技術支持。

1 無人機技術

UAV 技術是一種航空測量技術，用于低空測量，主要利用遙感技術。無人機技術的發(fā)展依賴于數(shù)字技術。無人機一般可分為固定式、旋轉式和混合型。無人機一般包含兩個部分，主要為遙控裝置和飛行器。其基本特點是使用的測繪范圍比較廣，測繪精度高，并且測繪效率較高，其測繪的成本比較高。機翼相對固定的無人機，是依靠設備的推理產生助推力進行升空，依據(jù)助推力在空氣中保持穩(wěn)定的姿態(tài)。但是固定式無人機其缺點是無法實現(xiàn)在空中的懸停，其基本特點決定了其在策劃過程中無法和目標測繪地點保持近距離，在策劃時獲取的遙感影像分辨率比較低。旋翼式無人機其機身能夠旋轉，從而在旋轉上升的過程中保持飛行能力，在日常測繪過程中一般采用多旋翼式無人機，其優(yōu)點是能夠在空中實現(xiàn)懸停，并且能夠與目標拍攝物之間保持近距離，并且獲得分辨率較高的影像。其缺點是作業(yè)的時間長度比較短，并且其飛行速度與固定式無人機相比較低?；旌鲜綗o人機兼具固定式和旋翼式無人機的基本特點，其優(yōu)點是不僅包含固定時無人機的快速飛行能力，還能夠實現(xiàn)空中懸停問題，解決了常規(guī)無人機起降困難的問題[1]。本文將按照尺度、任務高度兩方面將無人機進行詳細分類。雖然各類無人機有其優(yōu)點和缺點，但是每類無人機有其固定的應用場景，在小范圍的測繪過程中優(yōu)勢明顯，能夠被廣泛應用于城市測繪、數(shù)字化城市建設、土地勘察和地質災害處理過程中。

2 無人機應用的基本特點

2.1 成本優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的人工測繪技術相比，無人機測繪技術的優(yōu)勢在面對相同的測繪區(qū)域時變得更加明顯，所需的測繪專家和測繪成本約為人工測量的1/10。從繪圖周期，無人機測繪周期相對于人工測繪能夠縮短大約一倍。無人機測繪設備采購完成之后，能夠保持很長的生命周期，并且其保養(yǎng)和維護成本比較低。在測繪過程中所需要的人工作業(yè)工作量較小，能夠很好地支持野外測繪。因此，無人機測繪在眾多方面優(yōu)勢非常明顯，其測繪周期比較短，測繪費用也比較低，能夠提升測繪企業(yè)對于測繪任務的交付周期，對企業(yè)訂單的爭取非常有利，為企業(yè)的良好運營和發(fā)展提供了有效的技術支撐[2]。

2.2 效率高速度快

與傳統(tǒng)人工測繪相比，無人機測繪可以根據(jù)實際測繪區(qū)域進行具體的測繪路線設計，從而優(yōu)化各個測繪項目，進而實現(xiàn)對無人機合理的控制，使得無人機能夠在最優(yōu)的測繪路徑上采用垂直或者傾斜的方式實現(xiàn)地理信息位置數(shù)據(jù)的獲取，從而最大程度降低測繪的時間，并且高效獲取相關數(shù)據(jù)，支撐對數(shù)據(jù)的分析和利用。綜上所述，無人機測繪能夠更加高效快速地完成地形測繪任務，尤其是對于工作區(qū)域較大的測繪場景，能夠更加高效地完成質量控制，進而極大降低測繪技術人員的工作量，提升測繪效率，降低測繪周期。

2.3 靈活機動

在現(xiàn)場進行山谷測繪時，由于地形工作的某些特點，需要人工測量，如陡山、湍急的河流或濕地等地方，人工測量一般不能滿足其測繪的基本要求。此時便可以發(fā)揮無人機的優(yōu)勢，靈活地對不同的地理位置采取不同的測繪方式。無人機的體積較小，并且一個人便可以對其進行操作?，F(xiàn)場的作業(yè)簡單，對于當?shù)貧夂虻拳h(huán)境的要求不高。多旋翼無人機能夠隨時隨地完成飛行任務，不受到地理位置的影響，并且可以根據(jù)測繪地區(qū)的實際情況實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集和傳輸，如果數(shù)據(jù)存在紕漏，可以隨時進行二次補測。若測繪現(xiàn)場遇到比較復雜的場景，無人機可以隨時進行作業(yè)暫停，等待測繪現(xiàn)場工作情況符合條件之后繼續(xù)開展測繪工作。盡管無人機測繪存在諸多優(yōu)點和優(yōu)勢，但是不得不承認，如今無人機航測過程中存在眾多不足，仍有很大的進步空間，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。①多旋翼無人機其整體質量比較小，在高空中，一旦遇到大風便會影響其航測作業(yè)過程，其飛行不夠穩(wěn)定，進而影響最終獲取數(shù)據(jù)的精度和清晰度。②在無人機設備的傳感裝置，仍然存在較多的缺陷，其精度不夠高，影響了航測過程中數(shù)據(jù)的精確度。③電子通信技術也是影響無人機數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钪饕蛩刂?，為了提升其測量的可靠性和精確度，還應該加大對無人機航測的進一步研究[3]。

3 無人機航空攝影測量技術在地形測繪中的實際應用

3.1 像控點布置和設計

在無人機測繪過程中，作為控制點的設計非常必要，其設計質量直接影響測繪質量，因此要合理設計和布置控制點。在無人機測繪過程中，作為控制點的設計，根據(jù)被測區(qū)域的實際情況，需要更加合理，從而像控點應該具備必需的幾何強度要求，布置原則應該按照相關的密度規(guī)范要求，在布置過程中應該盡量選擇方便查找的位置，如斑馬線的焦點等位置。在布置過程中，如果沒有明顯的標志物，可以采用人工噴漆的方式對標記位置進行劃定。應盡量選擇固定、無遮擋和陰影的區(qū)域作為像控點。另外，其布置應該根據(jù)地形和地貌的實際特點進行確定，對于比較復雜的地形和地貌，應該根據(jù)實際情況酌情進行像控點數(shù)量的增加。對于其精度應該控制在5cm 之內。一般使用RTK 定位方式進行精度控制，在策劃過程中應該保障RTK 和無人機網(wǎng)絡的接入點的端口是一致的，從而保證數(shù)據(jù)獲取的準確性，在數(shù)據(jù)處理后期對數(shù)據(jù)進行分析過程中，可直接將像控點的坐標信息導入，進而對測繪數(shù)據(jù)進行分析。

3.2 高空三角測量

根據(jù)少量現(xiàn)場實測控制點，通過加大控制點加密力度，建立符合地形的路線模型，計算得出加密點平面坐標和高程，即高程三角測量。無人機內部裝有操作系統(tǒng)，會依據(jù)地勢的情況來做出合理的調動對攝影測量設備，從而更加有效地得到所需要的視頻，影像或資料。在空中三角測量實際工作運用當中，空中三角測量平差要求采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差，考慮到基高比對于無相對漏洞且航向重疊度能滿足要求的情況下，可進行抽片處理。區(qū)域網(wǎng)根據(jù)航攝分區(qū)、可利用像控點的分布以及地形條件等情況靈活劃分，可以合并多個航攝分區(qū)為一個區(qū)域網(wǎng)。平差計算時對加密點、像控點進行粗差探測，剔除或修測檢測出的粗差點，同時要分析各項誤差是否存在系統(tǒng)誤差；野外控制點可根據(jù)實際情況，只采用其平面位置或高程。根據(jù)需要進行單模型絕對定向，檢查測圖定向點殘差，若超限應在區(qū)域網(wǎng)中進行人工修測[4]。在信息收集工作完成后，無人機相關人員要迅速對所得到的信息進行整一的編排和處理，所以在無人機對地形勘察和測繪后，要對難以檢測到的地點做出特殊的標記，以便下次規(guī)劃無人機的路線或制訂地形圖時有提醒輔助作用。連接標志性地形做出的參考點，可繪制出一條最適當?shù)穆肪€，將程序提前輸入地面控制平臺，根據(jù)工作實際情況，通過無人機傳輸至地面的影像來做出實時調配和控制。

3.3 繪制地形地圖

地形圖的繪制也是無人機工作內容的主要環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)要求相關技術人員應用數(shù)字化技術，以確保地圖繪制的準確性。同時，在適當?shù)臈l件下，航空攝影用于連續(xù)優(yōu)化清晰度、比例等條件，讓拍攝過程盡可能的全面。平時可以使用航空攝影測量對河流、水庫、湖泊、森林、礦山等大面積地形進行航拍。無人機航拍相當于近距離的探測測量目標并直接計算測量數(shù)據(jù)，無人機設備反應迅速的特點幫助了工作人員最短時間內獲得準確測量結果。想要讓地形圖的繪制水平進一步提高，還需要技術人員不斷提升自我，學習新的技能，包括無人機的工作原理，測量常用和不常用的方法，系統(tǒng)應用的有機組合和地圖地形圖的繪制上不斷優(yōu)化信息數(shù)據(jù)，使得圖像地形和數(shù)據(jù)地形最大限度的統(tǒng)一性。此外，為了加強無人機設備技術的拓展使用，技術人員需要通過組合拍攝的圖片和數(shù)字信息分析來檢查飛行路徑，飛行速度，飛行高度等重點方面，通過檢查以上幾個部分，制定出適合該項工程的測量方案，以此來滿足工作需求。

3.4 補測操作技術

僅僅依靠航空攝影技術進行實際的地形測量是不夠的，工作人員可以采用一些額外的操作方法，將其與航空攝影技術結合使用，從而更好地滿足地形測量點的實際要求，并使地形測繪工作的效率得到大幅度的提升，同時也更好地保障了地形測繪工作的開展質量。因此，相關工作人員需要在地形測繪工作開始之前，對該區(qū)域所有的測量范圍以及周圍的環(huán)境等情況做出全面的分析。只有這樣才能夠及時采用合理的補測技術，來適當調整航空攝影測量的參數(shù)，給無人機高效開展地理測繪工作提供堅實的基礎。我國的地形復雜多樣，在進行地形測繪時經(jīng)常會遇到特殊的地理環(huán)境，由于地理環(huán)境的特殊性，會造成在實際地形測繪時出現(xiàn)測量盲區(qū)，并且在該區(qū)域內通常情況下很難得到具體準確的地形參數(shù)和相關信息。針對這一情況，需要建設單位嚴格采用無人機航空攝影測量技術，而且在測量過程中應嚴格把控好各個環(huán)節(jié)，防止出現(xiàn)不足之處導致地形測繪工作的重復工作。在利用補測操作技術進行地形測繪時，有時需要結合無人機航空攝影測量技術，這會大大提升地形測繪的工作成本，甚至會給地形測繪結果造成測量誤差。針對這一情況，測量人員往往會采用人工輔助測量的方法，技術人員會對無人機拍攝測量的流程進行嚴格的把控，只有這樣才能在特殊地形測繪時保障地形數(shù)據(jù)的準確性[5]。

3.5 航空測量攝影

GPS 攝影測量與定位技術相結合，航測記錄圖像內容與位置信息相結合后，通過圖像繪制技術，對拍攝的內容進行反復整合，獲得的圖像信息將更加豐富，對礦山項目的成功開發(fā)更有幫助。再通過人工智能把信息進一步分析處理，生成的數(shù)據(jù)圖像具有高精度、高質量、高效率的特點，這明顯優(yōu)化了以往礦山工程施工中面對特殊工況、特殊地形、特殊位置的應對策略，還可以保證了測量的及時性、穩(wěn)定性和準確性。最后，讓技術人員把勘測到的數(shù)據(jù)信息，重新再次全面驗收，確保測繪區(qū)勘測到的地形圖全部合格，如果沒有錯誤或者錯誤率很低，那證明無人機航測在礦山地形測量中的應用是可以滿足當前礦山工程的需要的。

3.6 攝影平臺的選取

當無人機在空中運行時，它會在不受控制的狀態(tài)下飛行，因此，照片平臺的選擇至關重要，在一定程度上決定了該操作能否出色完成。如果攝影平臺選得不好，會直接影響到最后所得到的數(shù)據(jù)資料及影像的準確程度，從而對接下來的研究分析造成很大的影響。通常工作人員在地形勘測的過程中會選用動力懸掛滑翔三角翼，搭配高清像素的攝影機來作為無人機的攝影平臺[6]。

4 結語

綜上所述，無人機航拍系統(tǒng)主要包括飛行控制系統(tǒng)，地面站控制系統(tǒng)和航拍攝像系統(tǒng)3 個部分。雖然現(xiàn)在無人機技術比較發(fā)達，但是在人員操作和系統(tǒng)配置因素方面還是存在一些困難。雖然相對于傳統(tǒng)方法來說，無人機航空拍攝測繪已經(jīng)有了很大的優(yōu)勢，但仍然無法做到精益求精。但是人們對無人機航測技術的應用愈發(fā)重視，所以未來無人機航空拍攝技術也會繼續(xù)不斷地向前發(fā)展和推進。通過本文的論證與分析，可以看出，無人機航測攝影技術應用主要包含：空中三角測量，補測操作技術和攝影平臺的選取等，即可以讓無人機測量再邁上新的臺階，從而能夠在以后的測量工作中發(fā)揮出更好的作用。通過本文的研究和分析，希望能為相關工作人員提供一些幫助。