无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用

张义虎

摘 要：无人机作为一种新式的飞行设备，在我国现代化数字信息工程建设中的很多领域上都得到了广泛的应用。它是通过具有高分辨率的数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪等机载遥感设备获取相关数据信息的，再用计算机对图像信息进行处理，并严格按照一定的精度要求制作成图像[1]。文章通过对无人机的航拍测量技术的分析，简要阐述了无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用。

关键词：无人机；摄影测量技术；数字化地形测量

在小面积、大比例尺数字化地形测量技术服务中，无人机与载人飞机相比，它不但具有体积小、重量轻、反应快、造价低、使用方便等优势，而且无人机系统操作也非常简单，不受空域管制的影响，能够快速到达检测区，进行飞行、成像，极大地提高了工作效率。

1 无人机摄影测量系统的组成

无人机摄影测量系统由无人机摄影测量的软件、硬件两部分组成。硬件系统包括无人机、机载系统和监控系统。其软件系统主要包括航线设计、飞行控制、远程监控系统、航空摄影检查以及数据预处理等五部分，可以说无人机摄影测量系统的软件系统不但实现了快速设计航线、航摄覆盖检查、数据实时传输，而且还有效地解决了程控平行飞行和程控姿态稳定的难点。无人机摄影测量系统的飞行平台是无人驾驶飞行器，具有高分辨率的遥感设备作为记载传感器，低空高分辨率遥感数据作为应用目标，主要用来快速获取及处理地形数据[2]。

2 无人机航空摄影测量测图

2.1 航摄测量测图的原理

航摄测量测图的基本原理是通过采集地面上的地形、地物的三维坐标以及描述其性质的信息，然后录入计算机，借助计算机绘图系统进行处理、显示、输出与传统地形图表现势性相同的地形圖。航摄测量单像片测图的原理是中心投影的透视变换，立体测图的原理是投影过程中的几何反转。

2.2 航摄测量测图的方法

航摄有三种测量测图的方法。综合法：适用于平坦地区的大比例尺测图。其属于单张像片测图，是摄影测量与平板仪结合在一起得到的测图方法。综合法能够用平板仪测量出地面点高程和等高线，能够根据得到纠正之后的航摄影片确定地面店的平面位置。全能法：主要适用于山地，其将立体像通过放置在立体测图仪内，从而构成微小型的地面几何模型，通过在微小型地面几何立体模型上测量出地面点的平面位置、高程和等高线，从而得到地形图[3]。分工法：主要适用于丘陵地形，其是按照平面位置和高程分求原则进行测量测图的方法，与全能法一样，也是通过立体测图仪测量地面点、高程和等高线，其确定地面平面位置也综合法的确定方法相同。

2.3 空中三角测量

空中三角测量解析是为了纠正定向点和标记点，以及工作时所需要用到的仪器元素数据，在空中三角测量之前需要获得的材料有航空摄影质量见证书、涤纶片、图例表（编图过程的档案）、野外操作控制图以及各种观测核算的手簿以及工序设计书。

2.4 内业数字化测图（DLG）制作

数字化地形测图主要步续为：航空摄影测量空三加密作业。外业主要负责像片控制点联测、像片调绘和综合法测图。内业的密测图控制点是以像片上的控制点作为基础，通过空中三角测量的方法，从而推求测图的控制点、平面坐标及高程。测绘地物地貌。主要作业是全野外调绘后测图和内业负责判断测图。外业负责对照、补测及补调两种测图。测绘接边和结束。仪器在测绘地物地貌时，应该与已描图进行接边。每幅图在对测完以及检查完之后才能够从仪器上取下。

3 影响无人机航摄效率的因素分析

影响无人机航空摄影效率的主要因素有四方面，这四方面分别是摄影区域面积、无人机续航时间、数码相机的续航时间及相机的像幅大小。

无人机航摄公式是N=Int（PArea/FArea）+1

公式中的N代表摄影飞行架的次数，PArea代表摄影区域的面积，FArea指单架此航空摄影面积，Int（）则表示数字舍去之后最接近的整数。

由公式N=Int（PArea/FArea）+1得知，航空摄影架次与摄影区域的面积成正比，与单价次航空摄影面积为反比。因此，要想在保证完成航摄区域任务的同时提高航摄效率，首先则需要先提高单架次的航空摄影面积。将单架次的航空摄影分摊到每一张有效的像片上，使像片的有效面积等于单架次像片减去单次重叠之后的面积。

以下两种措施可以有效地提高无人机航空摄影效率：第一，选择具有较高行高和短焦距的数码相机，并选择容量大的相机电池。第二，加大无人机的载油量，减少航摄像片重叠度以及单位时间的耗油量。在实际航空摄影作业中，由于相机的焦距是固定的，所以必须要保证航摄影响的重叠度[4]。因此，增加油箱容量和减少单位时间的耗油量是最有效的方法。

4 案例分析

DP-UAV软件是针对无人机摄影测量非专业相机、像幅小、姿态不稳定、重叠度大等特点而研发一种无人机摄影测量数据自动处理平台。

表1是用DP-UAV软件进行航测数据处理的成果，某地区338张像片，耗时147分钟，自动生成136万物方点，DEM和正射影像。

飞行区域大小——6×4平方公里；获取方式：无人机，航高500米；使用数码相机：canon450D；获取时间：某日上午；天气状况：晴朗；获取的影像：共1338张，15航带。

同时在现场实际布设控制点40多个，采用RTK进行测量，将测量坐标与无人机航测坐标进行对比，结果如表1所示。

通过表1的数据表可以看出，通过DP-UAV处理后的无人机摄影测量成果已经达到了高精度要求，满足地形图测量及一般工程测量的基本要求，验证了该软件应用于数字化测量地形航测数据处理的可行性。

传统的航空摄影测量数据处理作业流程成熟，但是作业效率低，快速拼接的全景影像无精度不可量测。而且在数据处理过程中需要使用野外控制点并通过空三加密求解外方位元素，而野外控制点的测量历来是一项工作量大、作业成本高的测量过程，特别是在荒漠、森林、高山等困难地区更是如此。因此，尽量减少野外控制点数量、甚至实现无野外控制点定位一直是摄影测量的重要研究方向之一，而无人机摄影测量系统及影像处理软件DP-UAV正好解决了这些问题。

5 结束语

无人机摄影测量技术已经成为航空遥感技术之一，文章对无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用以及影响无人机航空摄影效率的各种因素做了简要分析，最后并提出了提高无人机航摄效率的可行方案，并且在实践当中得到了验证。所以，也使得无人机可以进行大面积的航空摄影作业成为了有可能。

参考文献

[1]王红莲.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用[J].工程技术，2015（22）：261.

[2]李晴晴.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用[J].电脑知识与技术，2013（35）：8098-8099.

[3]胡小峰，王建华.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用[J].城市建设理论研究，2015（8）.

[4]杨立建.数字化地形测量中无人机摄影测量技术应用[J].地球，2015（1）.