试论无人机测绘数据处理关键技术及应用

胡大为

（中国有色金属工业西安勘察设计研究院，陕西 西安 710054）

无人机测绘技术涵盖可视化技术以及信息化技术等众多科学，此项技术的出现以及广泛应用客观的显示出现代科技的发展进程。以近年来无人机测绘技术的应用实践进行分析，无人机测绘数据处理产品不断出现，其灵活性及高机动性特征较为明显，能够对大量测绘数据实现精准处理。另外，应用无人机测绘技术开展测绘工作，所花费的成本较少，较少会受到外部环境因素的干扰，为此，与传统测绘技术进行对比，其应用范畴更为广泛，所以，无论从经济性还是安全性等方面来看，无人机测绘技术均体现出其自身优势，这也是传统测绘技术所不能比拟的[1]。

1 无人机测绘应用现状

无人机测绘系统主要包括无人机平台、机载传感器及数据后处理三大部分。无人机根据气动布局差异性可分为固定翼、旋翼、复合翼等。例如天宝公司出品的UX系列及拓普康公司出品的天狼星系列无人机均属于固定翼型无人机，拓普康公司出品的猎鹰系列则属于旋翼型无人机，成都纵横公司出品的CW系列属于复合翼型无人机。各类型无人机在续航能力、起降要求、灵活性、安全性等各有优缺，应用环境不同。测绘无人机所搭载的相机可分为量测型相机和非量测型相机。目前相比量测型相机，非量测型相机具有价格便宜、选择广泛的优点，普通民用单反相机、微单相机都可用于无人机搭载进行测绘作业。

现阶段无人机测绘的主要研发方向主要集中在硬件集成和数据处理两个方面。近年来硬件方面如动力系统、飞控系统都有突破性进展，使得测绘无人机的续航能力、飞行平稳性能够适应更广泛的环境。无人机测绘数据处理主要向自动化、集群化方向发展，使得数据处理速度更快、精度更高。在测绘市场的不断扩展下，无人机及相机的性能以及相应的数据处理技术将会向高性能、高效率、云数据处理等方向发展。

2 无人机测绘数据处理关键技术

（1）相机检校技术。随着无人机动力系统、飞控系统、导航系统的技术突破，无人机本身的成本已大幅下降，市场已出现很多针对测绘市场的专用无人机。但技术成熟、价格适中的无人机量测相机产品较少。所以，目前基本上是采用性能优异的民用单反、微单相机代替。由于无人机载非量测型相机内方位元素和镜头畸变系数未知，且不够稳定，不能直接进行像位的解析计算，为此，为保证测图精度，需要对相机进行检校，即求解相机的内方位元素与各畸变参数。常规情况下，比较常用的相机检校方法包括自检校办法、多像灭点检校办法等。简单快捷的相机标定方法及软件就显得尤为重要和迫切。

传统的相机标定大多采用固定地点三维标定场进行，对于标定场的场地选择及布设有较高要求。而二维相机标定场其相机标定技术是基于计算机视觉领域，标定精度有限。目前的发展方向是利用相机标定软件配合特制标定板搭建简易三维标定场，利用不同角度的拍摄数据通过标定软件自动处理，以获取各相机参数。

（2） RTK与PPK技术。目前，为解决无人机航测由于像幅小导致的外业像控工作量大、刺点困难的难题，把PPK和RTK技术应用到无人机航测中，大大降低了外业像控的布设，减少了外业工作量，提高了作业效率。RTK技术是利用无线数据链实时获取两台GPS接收机的载波相位实现实时差分的GPS定位技术，在工程测绘领域应用广泛。随着数据网络的建设发展，使得RTK系统的作业半径有了大范围的提高，从而使无人机系统搭载RTK技术以实现更高精度的飞行定位、导航要求。

PPK技术属于对无人机测绘数据进行处理过程中的主要应用技术，其应用过程为在依靠于载波相位实现事后差分的GPS定位技术。此项技术的工作原理为，依靠同步观测基准站接收机与流动站接收机对卫星载波相位进行观测，然后利用GPS解算软件求解，形成虚拟载波相位观测值，对接收机之间相机位置给予定位。在RTK受到限制的区域也能利用GPS进行动态测量，是对RTK的一种重要补充方式。

（3）空中三角测量技术。空中三角测量是无人机测绘数据的处理的基本原理。其应用过程为，基于航摄相片与目标之间形成的空间几何关系，根据少量相片控制点计算待求相片外方位元素。此项技术也是数字测绘产品生产期间的关键性技术，对于测绘产品的精确度以及可靠性等均具有着重要影响作用。而无人机测绘系统相对大飞机系统具有姿态不稳定、重叠度不稳定的特点。目前应用较多的是GPS/IMU辅助空中三角测量。一般情况只需准备原始影像、POS数据、相机参数文件、控制点文件即可自动空三解算，人工干预的半自动绝对定向和生产成果输出，较大程度的提高了无人机测绘数据处理的效率。

3 无人机测绘数据产品应用实践

（1）代替传统地形测量。传统地形测绘任务根据测区的位置、地形情况、范围大小、测量精度等选择航空摄影或工程测量。无人机测绘技术成熟后，使得原本必须由工程测量所完成的大比例尺、小范围测绘任务可以通过摄影测量完成，并且在工作效率、成本方面具有优势。尤其是针对地形条件复杂、时间要求紧迫的项目，例如灾情救援与应急测绘。如在地震、滑坡、洪涝等类自然灾害发生之后，通常需要快速的获得灾区的最新大比例尺地形资料，此时采用传统测绘手段往往杯水车薪，而利用无人机测绘技术快速生产的测绘产品就显得尤为重要，救援队伍能够直接回避危险地带，直接到达救援实际位置，极大的缩短了救援时间，同时也有助于保障救援队伍的自身安全。为应急救灾、灾后重建提供重要的决策依据。

（2）国土测绘。在对国土资源进行管理的过程中，国土资源相关数据是必备要素，能够看出国土测绘工作的重要性。将无人机测绘数据产品合理的应用到国土测绘工作中，经由无人机航拍功能的应用，可对各地区的土地资源信息进行采集，促使测量人员可快速的了解到地区内土地资源的应用情况，从而开展后续工作。从这一点来看，无人机测绘产品对土地应用动态监测、国土资源动态监测等工作的开展均具有着重要的应用价值，而其此种价值的具体表现便是提供可靠的土地资源应用数据。另外，无人机航测可获取测区高分辨率正射影像数据，能够为地区规划工作提供依据。

4 结论

从近年来无人机测绘技术的应用实践进行分析，无人机测绘数据处理产品不断出现，其灵活性及高机动性特征较为明显，能够对大量测绘数据实现精准处理。就无人机测绘数据处理关键技术来看，现阶段无人机测绘数据处理过程中主要应用技术包括相机检校技术、RTK与PPK技术、无人机数据后处理技术等，经由这些技术的应用，能够实现无人机测绘数据处理的各项功能。从无人机测绘产品的应用情况来看，无人机测绘产品在灾害发生后的救援工作、国土资源管理、环境监测等方面均发挥着重要价值，能够为相关工作的开展提供可靠的数据参考。

[1]吕一伟.对无人机测绘数据处理关键技术及应用的探究[J].科技创新与应用，2018，05(07):51-52.