无人机航测技术及其在地形测绘工作中的应用探讨

赵帅华

（重庆市地勘局南江水文地质工程地质队，重庆 401147）

无人机技术是当前非常盛行的一种新兴技术，在当前的地形测量工作中应用无人机航测技术的效果较好。无人机航测系统是一种结合了无人机设备、地面保障及控制系统以及拍摄测量设备及控制系统的一种能够在无人飞行器飞行中进行测量及控制的技术系统。在测量测绘工作中运用无人机航测技术可以降低人工测量测绘的操作难度，为区域地形地貌信息收集提供技术保障。

1 无人机航测技术概述

所谓无人机航测技术就是由无人机搭载摄影及遥感等技术设备，在低空飞行中对一定区域内的目标进行测量测绘的新型测量技术。无人机航测技术的运行基础就是无人机精确定位飞行、精准摄影及遥感、无线通信控制技术、GPS 等。我国当前科技发展非常迅猛，相关技术的不断更新也给无人机技术发展提供了巨大推动力，无人机航测的智能性及运行可靠性在这一环境下也在不断优化提升。无人机航测技术具有如下特点：（1）无人飞行器的起降非常便利。很多传统航测技术执行时起降条件要求较为严格，尤其是直升机航摄技术运行时还需飞行申请，这点上无人机的优势非常突出，无人机对于起降及飞行环境的要求及影响都不大，起降及飞行操控非常便利。（2）测绘工作的效率非常高。我国过去的测量技术在面对一些地形复杂、存在云雾遮盖情况的地区测量测绘时容易出现测绘偏差，同时测绘测量工作的推进也会非常艰难，甚至部分地区是无法人工测绘的。采用无人机则可以轻松到达这些地形复杂区域的内部进行拍摄与测量，并且能够根据实际情况对拍摄点进行调整，有效提升无人机航测工作的综合效率。

2 无人机航测技术应用于地形测绘过程的优势

2.1 测绘结果可以得到实时反馈

无人机航测技术融合到地形测绘工作中时通常会采用正射影像图拍摄技术，这一技术影像图具有非常高的分辨率，并且能够对测量测绘区域内的水利及道路情况进行较高真实性的展示，为测绘测量工作后期内业工作效果优化提供技术基础，并且无人机航测技术应用中能够对目标测量队形的全貌进行有效缩放，对于测绘工作的不同需求进行满足，其测绘效果也非常符合地形测量工作的要求。

2.2 测量测绘工作的结果具有较高精准度

通常在无人机航测技术操作过程中，无人飞行器在低空飞行的过程中会搭载高清摄像设备，并利用GPS 技术针对目标测量区域中的对象进行实地测绘，无人机航测的信息数据还要通过内业处理，提升误差控制效果及测绘精度，为后期地形测绘信息的综合利用提供基础条件。如果后期还需进一步提升测量测绘工作的分辨率，还可以利用无人机重复测量，测量效率较高，操作也非常简便快捷。

2.3 能够优化地形测量测绘工作的成果

由于无人机航测系统能够形成具有非常高分辨率的信息利用效率较高的正射影像图，有利于在实际测量测绘工作中对过去的资料进行科学比对，以分析相应测量地区的实际地形地理信息变化情况，为区域内地形测量工作的综合效果优化提供保障。由于无人机航测成果的真实性非常高，测量过程中形成的影像图也具有较高分辨率，测量测绘工作中结合GPS 及遥感技术对影像信息进行综合分析，就能够获得非常真实、可靠的测绘区域测图。

3 无人机航测进行地形测绘工作的主要控制要点

3.1 控制无人机飞行姿态

由于无人飞行器在飞行中的姿态对于其航摄效果影响较大，同时对于后期测图成图效果也有较大影响，因此在其飞行中应尽量做到如下控制工作：（1）在无人机飞行前要依照规范要求对航摄仪器进行科学安装及调试，并保证航摄仪器与机身之间连接稳定。（2）延航线起飞拍摄之前，需要捕捉好无人机飞行中立位，经过调试保证其航摄操作过程能够处于最佳状态及位置。（3）由于风向及降雨会对无人机拍摄造成影响，因此在航摄操作前要对恶劣天气进行规避，如果有微风则要对风向对于航线的影响有清晰的认识，通过经验及多次调试保证航测过程与航线设计相一致，无人机航测效果符合预期。

3.2 优化无人机航线设计

由于在无人机航测过程中对于航摄精度有较大影响的主要因素之一就是航线设计，无人机航线设计工作必须结合无人机运行特点及所需测量对象区域的地形及地貌特征进行全面分析，就作业精度与作业范围进行科学设置，而后才能进行航线设计规划。（1）针对航线覆盖需求进行分析，而后通过设计保证能够全部设计航测目标物，同时保证区域内地形高度差应保持在航高1/6 以内。（2）针对航线进行设计时，要尽量保证航线没有落水点，并要对侧风飞行的影响有充分认识，避免其对航线飞行造成影响。（3）由于天气对于无人机航测过程中的飞行控制及精准度有一定的影响，因此在设计中要做好拍摄间距及航线间距的控制设置，保证航测精度。

3.3 严格检校镜头

无人机航摄过程中所获取的影像图通常会存在一定的畸变问题，特别是一些影响图的边远区域，变形会更加明显，所以在进行无人机航测过程中必须对数据进行检校，对其中的畸变部分进行全面参数矫正能够优化影像图的精准效果。由于无人机航摄仪器在运行使用中因为飞行而导致的震动等也会导致其发生参数变化，因此在飞行测量工作中要注意镜头问题，积极对各项参数进行检校与纠正。

3.4 科学布设像控点

无人机航测推进中由于通常所获取的影像资料规格较大并且其中会有部分影像重叠，因此其航线数量设置需求较高，并且最终获取的航测影像图片也相对较多，为了保证航测工作的精确性必须对其像控点进行科学布设。（1）就地形测绘目标区域的地形情况进行综合分析，而后探讨像控点的布设需求，要综合多种地物特征情况进行全面的像控点设置。（2）进行像控点设置工作时紧要保证影像六度重叠。

4 无人机航测技术在地形测绘实际案例中的应用

某市为了满足当地的旅游规划、设计和管理的需求，需要对区域内面积约为31km2的重点村落进行地形图的绘制，从而为未来旅游发展的规划制定提供数据支持。由于所测量区域地形较为复杂，山脉丘陵地形较多，再加上该地区阴雨天气较多，如果采用传统的野外作业方案，不仅无法在预定的工期内完成地形测绘任务，而且安全系数较低。因此，本工程计划采用无人机航摄技术完成目标区域的地形测绘工作。

4.1 作业流程

本工程无人机航摄的作业流程如图1 所示。

图1 无人机航测技术流程图

4.2 航线规划和测区划分

结合本区域内的地形地貌特点，在进行无人机航摄航线规划过程中，为了确保航摄的安全性，应尽量确保航线范围内没有障碍物。同时采用1 ∶10000 的地形图对无人机的飞行高度进行精准的判断，确保其始终处于较高的安全飞行区域。除此以外，针对测区进行科学划分的过程中，通过对地形测绘精度需求差异情况的分析对测区进行精度差异划分，山头精度需求相对较低，而山谷较高，据此进行测区划分会更加科学，测区规划设计的过程中要做好山势分析，防止尤其由于混乱气流影响而导致无人机航摄的精准度以及飞行安全。

4.3 像控布设

本工程在进行像控点布设时，计划采用400m 边长的正方形格网进行像控点的布设，每一个角点都作为像控点的图像信息采集区域。结合本工程的实际要求，在测区的外围，适当的选择一些凹凸处作为新增的像控点。

4.4 空三解算

本工程采用DPGrid 对所采集到的影像进行空三加密和平差解算，从而有效的处理影像资料中存在的畸变大、偏角、滚角较大等问题。此外，该软件还可以快速的生成大量高精度和高强度的模型连接点，满足本工程大比例测图的需求。

4.5 地形测绘结果

在完成所有无人机航摄作业后，针对相关数据进行了精准度的检查，包括平面精度、高程精度等。通过各项质量特性的检查结果发现，本工程采用无人机航摄技术所获得的地形测绘数据均满足了相关规范和设计要求。

在无人机航测过程中，最为关键的管控因素有设备与人，在实施航测之前要对飞行设备、控制设备及摄影设备进行全面检校，并做好摄影设备及定位仪器的稳定性控制，保证其航摄稳定性。而在航测工作中针对航线、镜头等参数进行有效调整，保证航测技术成果也是无人机航测工作中的重要措施，因此技术人员必须具有全面的无人机航测技术，并能够掌握一定的经验技巧，确保无人机航测的综合效果。

5 结束语

总之，在我国地形测量工作中运用无人机航测技术能够有效提升测量效果，但是在测绘测量工作中要积极提升无人机航测点布设的科学性，优化航测控制技术人员的技能水平，在后期测图绘制中做好异常数据的剔除与分析工作，为形成优化地形测图提供全面保障，无人机航测过程中也存在一定的质量影响因素，如恶劣天气等，要尽量在天气较好的环境下进行无人机航测技术操作，以尽量提升无人机航测技术操作及成果的质量，为地形测量工作效果优化创造基础条件。