小型无人机航测技术在土地测绘中的应用

李爱红　贾焕景

【摘  要】随着测绘技术的发展，无人机航拍已成为小区域地形测绘的主要手段?该文在阐述测绘仪器发展的基础上，重点探讨了无人机技术的发展与应用，并以大疆精灵4RTK无人机航测系统和ContextCapture软件为例，梳理了小型多旋翼无人机进行小区域航测生产正射影像图工作的具体流程，为无人机航测技术在土地测绘中的应用提供参考?

【关键词】无人机;摄影测量;土地测绘;应用

土地是地球表面某一地段包括地质?地貌?气候?水文?土壤?植被等多种自然要素在内的自然综合体，是人类社会得以存在和发展的基石?土地测绘就是对土地及其之上的附属物进行准确空间定位的工作?无论是土地资源的调查与评价?国土空间规划?各类用地监测，还是土地生态修复，准确获取地块的空间位置信息都是各项工作进一步开展的前提?而各种土地利用规划方案的落地实施也都需要使用测绘技术将图纸上的规划成果测设到实地?因此，土地测绘是进行土地管理工作的重要技术手段?

1无人机航测概述

无人机出现于20世纪，最早被应用于军事侦察活动，随着科学技术的进步以及社会生产力的发展，无人机技术逐步走向平民化?大众化，从而推动了测绘技术的新发展?在现代测绘技术中如何实现自动化?智能化?高效率?高精度的数据采集是现代测绘行业研究发展的必然趋势?随着无人机技术?通信技术?定位导航技术以及相关技术的发展，无人机测绘正在逐步代替传统测绘仪器成为测绘行业新的宠儿?无人机航测作为一种新型的数字化测量手段，具有其他传统测绘仪器不可比拟的优势，它起降场地小，机动灵活，高效便捷，反应迅速，运输方便，环境适应能力强，经济合理成本低，成果影像高分辨率?高精度，成图快速便捷等特点，自出现以来逐渐受到众多从业者的广泛青睐，在测绘行业中具有其他测绘技术无法代替的地位?目前无人机测绘技术被广泛应用于地形测量?地籍调查?房地产测量?土方测量?三维建模等工作?

2数据获取方法

（1）准备工作?为了保证无人机安全和测量作业的顺利实施，无人机起飞之前必须对现场外部环境进行实地观察以及对无人机状况进行检查，确保作业安全?

（2）航线规划与数据获取?该次飞行使用大疆自带的航线规划软件，根据《低空数字航空摄影规范》的要求航向重叠度一般设定为60%～80%，最小不少于53%;旁向重叠度一般设定为15%～60%，最小不少于8%?为了保证数据的质量，飞行设置旁向重叠度和航向重叠度均为80%，避免了后期因重叠度问题而产生的成果质量问题，该次航测面积0.5km2，航高110m，共拍摄影像1656张，分辨率为3cm?

3无人机航测技术的发展与应用

我国无人机的发展始于20世纪60年代，80年代中期转向民用领域研发?2008年汶川地震发生后，无人机在抢险救灾工作中的出色表现促进了民用专业级无人机的发展?2010年法国Parrot公司生产的ParrotAR.DRONE投入市场，标志着消费级无人机市场的开启?2013年深圳大疆创新科技公司发布“大疆精灵”多旋翼无人机产品，在国内掀起了无人机应用的浪潮?在土地测绘工作中，最初只是借助无人机作为飞行平台，搭载数码相机进行手动拍摄重叠影像，缺乏定位系统，航拍系统缺乏整合性，空间位置精度不够?随后，大疆推出了精灵4RTK无人机，新增了RTK导航定位系统?相机微秒级同步?APP航线规划等功能，将厘米级导航定位系统和高性能成像系统结合，提升了航测效率与精度，降低了作业难度和成本，彻底解决了之前固定翼无人机航拍系统价格高?操作复杂?灵活性不足等问题，目前已经在大比例尺地形图测绘?自然资源督察?不动产测绘?房地一体化测绘?地质灾害监测等领域得到广泛应用?

4小型旋翼无人机航测工作流程

在小型旋翼航测无人机中，大疆无人机因其操作方便?成本低廉，在小范围土地测绘工作中被广泛应用?以大疆精灵4RTK为例，整个工作流程可分为航测准备?航线规划?相机参数设置?航拍作业和影像处理5个阶段?

4.1航测准备

航测准备是到达测区之前应提前做好的前期准备工作?其中飞行器准备工作要求配备足够数量的飞行电池?通常每块大疆精灵4RTK的电池正常飞行18～24min，而充电时间约为50min?具体每块电池的工作时间不仅与测区面积和形状?飞行高度?重叠率等有关，还与电池使用寿命及当时气温有关?测绘人员可根据需要携带多块电池和充电器，边用边充，以便航拍工作“无缝”连接，以提高作业效率?除此之外，还应考虑遥控器电池的使用时间，最好预备1块备用电池以便轮流充电使用?另外，测区范围应提前准备，建议采用相关地图软件制作的测区地标kml文件导入遥控器中使用，该方法比在遥控器界面中手绘测区范围更精确?虽然大疆精灵4RTK可以在免像控点的情况下进行测图，但控制点能有效提高飞行器航测成图的精度?因此，合理布设像控点，准确测定其坐标是航测准备阶段的1个重要环节?

4.2航线规划

航线规划首先要保证飞行器遥控器的网络连通?通过遥控器上安装有sim卡的4G网卡来实现联网，并用网络RTK账号正确登陆服务器，并确保RTK获得固定解?如果只对测区进行正射影像数据采集，则可只采用摄影测量2D的航线规划方式，以节省航拍时间?航线规划中最重要的是要保证安全的飞行高度，注意测区内的最高地物，飞行高度和返航高度要高于测区内最高地物的髙度?

4.3相机参数设置

相机参数设置主要是为了获取清晰的航拍相片，通常按默认设定?拍摄模式建议采用定时拍摄;拍摄完成后选择自动返航;云台角度在拍摄正射影像时选择-90°;为了提升建图精度，建议关闭畸变修正功能?

4.4航拍作业

大疆精灵4RTK无人机的航拍作業基本是自动完成。当飞行器电量降低到警戒值时，会发出提示。飞行器根据剩余电量和到已记录的起飞点距离进行智能判断，并选择合适时机返航，无需人工干涉。当飞行器降落后，更换电池后可按照未完成的航线继续拍摄。

4.5影像处理

当飞行任务结束后，将飞行器上储存卡中的航拍照片导入电脑中以备处理?流程中需要注意：相机参数信息保存在照片中，可以用记事本打开照片找到相关参数;POS信息是每张照片的空间位置信息，其格式要规范，要与照片名称一致;在影像上标记控制点后进行初次空三解算，可以得到控制点的大致位置，以便通过更多包含控制点的照片上精确标记控制点，当所有控制点标记完成后进行再次空三解算，以使得所有像控点都被准确标记;重建项目进行影像拼接，在空间框架内选择正确的坐标系，瓦片大小要适宜，需要调整瓦片大小，使得重建需要的内存小于电脑内存，充分考虑留给系统运行的内存空间;如果只需要获取测区正射影像，可以在工程中直接选择生成正射影像图?

5结束语

无人机航测在外业核查中不仅能够克服外部环境条件的限制，还可以提供测区清晰?正确?全面的图文数据文件，在一定程度上避免了因土地面积问题产生的人员纠纷;在影像处理方面，由于单个测区面积小，影像数据少，因此数据处理快速便捷;在影像数据矢量化方面，无人机正射影像具有高分辨率?高精度的特点，可以清晰准确地获取测区实际的地物类型和面积，保障核查成果的可靠性;整体来说利用小型无人机进行土地整治核查验收工作可以快速方便地获取测区高精度的正射影像，提高了工作效率，缩短作业周期，具有极大的推广应用价值?

参考文献：

[1]徐长河.运用平板仪施测地形图[J].煤炭技术，2009，28（3）：146-148.

[2]王有良，赵立中.全站仪与平板仪相结合测绘地图[J].山东农业大学学报（自然科学版），2001，32（2）：227-228.