无人机在区域地形测量中的应用

邓勇 贾超

摘 要：传统测量方法在区域地形测量中不仅成本高、工作量大而且数据获取量存在局限性，不利于市场竞争。随着无人机的快速发展以及摄影测量技术的进步，获取地形测绘数据的手段趋于多样化。本文以景区规划地形测量为例，对区域进行低空无人机航摄，并对数据进行处理成图，经检查验收满足在工程中的应用。

关键词：无人机；航空摄影；地形测量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.140

1 引言

随着社会进步，传统测量方式，面临着效率低下，数据量不足、生产成本高等因素，并造成测量行业逐渐成为劳动密集型产业，进而加剧测量行业必须寻求新方法、新技术的发展道路。随着无人机技术的高速发展，以及摄影技术与GPS技术的成熟[1]，低空无人机摄影测量在各个领域越来越引起测量人员的重视。本文以登封一景区地形测量为例，利用无人机的优势进行数据采集处理并进行分析、探讨这种方法应用可行性。

2 无人机摄影测量

2.1 测绘航空摄影

测绘航空摄影是指在飞行器上安装航摄仪对地面进行摄影。目前能够承载高清航摄仪的飞行器，根据飞行高度主要可分为大型飞机、直升机、无人机等机载平台。无论是大型飞机，还是直升机作为航摄仪的载体，其应用范围局限性比较大，不利于民用市场竞争，而无人机技术的高速发展，促使了摄影测量的广泛利用[2]。

2.2 摄影测量原理

摄影测量是根据航摄仪对地航摄，在已知像片坐标和对应的物方坐标基础上，根据中心投影共线方程进行解算，求得像对6个外方位元素，然后即可对航摄影像进行立体恢复至物方坐标系。利用摄影测量，相比传统测量方式，具有不直接接触地面、获取信息量大、自动化程度高等优点。

2.3 项目实施

2.3.1 制定航摄范围

登封市范家门景区位于登封市范家门村，占地面积约7平方公里，根据收集地籍资料，确定行政区域后进行坐标转换，在Google地球划定航摄范围。如下图1：

2.3.2 制定飞行计划

本次飞行根据无人机的特点，飞行区域地形特点进行摄区划分[3]，划分原则遵循以下原则：

（1）分区界线与图廓线相一致。

（2）分区内的地形高差不大于1/4相对行高。

（3）根据景区内道路交通情况，以及飞机起飞条件进行划分。

2.3.3 坐标控制系统

本次飞行控制坐标系采用1980西安坐标系，航摄前，在景区布设E级GPS控制点6个，均匀控制景区区域范围。控制点分布图如下图2。

2.3.4 布设质量检核点

航摄前须在景区范围内设置质量控制检核点。检核点点位分布合理，能均匀控制整个景区范围。根据实地考察和卫星影像，确定航摄范围内有数条新修大车水泥路，本次质量控制检核点选在景区主干道水泥路上。检核点航摄效果图见图3。

3 数据处理技术路线

（1）根据无人机摄影处理系统获取DOM、DEM数据，地物数据根据DOM影像进行描绘，同时在ARGIS中根据DEM数据自动生成等高线。

（2）利用ARCGIS提取DEM点云数据，与DOM数据、等高线数据进行人机互助删除干扰点云数据。

（3）对处理后的数据重新生成等高线，与DLG数据叠加成图。

4 成果数据检核

对航摄前布设的检核点进行实测分析，分析结果见表1。

经对比分析，平面坐标最大误差20cm，高程误差最大误差28cm，根据点位误差计算点位中误差。中誤差计算结果见表2。

中误差（m）计算公式：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：Mx-坐标x的中误差；My-坐标y的中误差；Mh –坐标h的中误差；Ms-点位中误差；Xi-坐标x的检测值；xi坐标x的航摄值；Yi-坐标y的检测值；yi-坐标y的航摄值；n-检测点数。

根据1：500 1：1000 1：2000 外业数字测图技术规程[4]（GB/T 14912-2005）的要求：

本次景区规划测量属于山区，按照地区分类划分界于丘陵地和困难地区，根据精度检核结果满足规范要求，并且满足工程施工的需要。

5 结束语

登封市范家门景区开发是政府对农村扶贫开发项目，投资的资金有限。在有限资源下完成景区规划地形测量，是本次设计任务需要考虑的。无人机技术的成熟，使得摄影测量航摄载体成本极大的降低[5]，GPS-RTK实时高精度测量解决了摄影测量中实时外方位角元素。经实际应用总结，低空无人机航空摄影在区域地形测量生产成本低、效率高、数据量大、相对精度高，能够满足工程需要。

参考文献：

[1]刘大杰，施一民，过静珺.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，1996（08）.

[2]顾洁.无人机航摄在农村土地承包经营权确权登记颁证中的应用--以凤阳县为例[J].测绘通报，2016（02）：94-96.

[3]李萌，李媛，宋文平.小型无人机低空摄影测量在土地确权应用中的探究—以陕西试点区域为例[J].江西农业大学学报，2016，38（04）：760-766.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 14912-2005 1：500 1：1000 1：2000外业数字测图技术规程[S].北京：中国标准出版社，2005.

[5]王妍，孔祥仲，贾世真，刘辉.无人机航空摄影测量系统在农村土地确权中的应用[J].测绘与空间地理信息，2015，38（08）：114-116.

作者简介：邓勇（1984-），男，湖北枣阳人，硕士研究生，测绘师，中级，研究方向：空间数据采集方法和数据处理。