小型无人机航测技术在土地测绘中的应用

董媛媛

摘要：随着测绘技术的发展，无人机航拍已成为小范围地形测绘的主要手段。与传统的人工测量方法相比，利用无人机对土地进行空中测量投资较少，操作简单。工作人员只需要熟练使用无人机就可以胜任工作，通过无人机航测得到的数据可靠性高。通过软件处理后，可以生成相应区域的航测图，了解该区域土地资源的具体信息。文章以大疆精灵4 RTK为例，详细介绍了其在土地测绘中的应用。

关键词：小型无人机;航测技术;土地测绘;应用

1无人机航测技术概述

1.1无人机航测系统的组成

无人机航测系统由多个部分组成，比如无人飞行平台、通信设备、地面信息接收处理设备等。此外飞行控制系统、影像获取设备也是无人机航测系统的重要组成部分。而飞控系统则又可以分为陀螺仪、GPS系统、微处理器等。陀螺仪的作用是使无人机飞行姿势更加稳定，GPS的作用是及时取得飞行平台位置信息，而微处理器的作用则是对无人机进行控制，使其自主飞行。而对无人机影像进行接收和显示的数据接收终端和控制无人机拍摄的设备则属于地面配套设备。

1.2无人机航测技术的特点

无人机航测技术能够帮助相关人员及时取得分辨率非常高的数字影像。当飞行平台和数码相机进行完美的配合以后，就可以利用3S技术开展系统集成，这样就能够在比较小的范围之中取得比例大、色彩真实的航测遥感数据。

（1）与传统航测存在区别。无人机航测使用的数码相机并非测量专用相机，这种普通数码相机镜头畸变量更大。在无人机航测过程中，通过这种相机进行的低空宽视角拍摄，视点的变化会使得底物几何变形增大，匹配率随之下降。无人机航测与传统航测数据比起来，其数据量较大。因为无人机航测采用了低空、宽相幅，经常会出现比较大的旋转角。虽然人们通过各类措施对这种旋转角进行了处理，但是也很难达到规范的15度偏角以内的要求。

（2）环境需求低。采用无人机的平台其上升和下降的灵活度都非常高，这就使得其对环境的要求大幅度下降。即便周围环境非常恶劣，也能够进行野外作业。举个例子，无人机对升降跑道的要求并不高，只要有长度在100～200m的空旷公路或者硬地，无人机就可以在此起降，这就是其应用范围大幅度增加。当航测地点的地形为丘陵或者山地的时候，无人机的优势也就变得越来越明显。无人机受云雾的干扰并不大，而且无人机的调整能力也很强。他们在航测过程中可以随时调整飞行方案，这就使得气候变化对行测产生的影响大幅度规避。无人机还能够进行自主飞行，这就使得无人机的控制要求大大降低。同时为了做好无人机保护工作，各类保护措施也都已就位，比如滑翔、降落伞等。

（3）受到的约束较小。无人机在进行行测的时候，其作业空域一般都不会超过1000m。该范围属于超低空或者低空，在这一范围无人机所受的约束很小，办理空域申请也比较容易。除了一些机场和边境附近的特殊区域以外无人机都可以出现，这就使得其机动性大幅度提升，在分辨率非常高的数码影像获取方面速度也越来越快。

（4）无人机的成本较低。目前无人机技术等级程度变得越来越高，携带起来也变得很方便，对运输条件的要求较低。无人机系统的费用较低，操作起来又非常简单，与飞机相比无人机学习成本要低很多，而这种很低的成本却能够获得较高的回报。

（5）作业区域小。无人机航测系统有一个短板，那就是其续航时间并不长，因为无人机所用的电池会对其续航时间产生约束，所以无人机的作业范围并不大。而且受拍摄设备局限，无人机航拍系统的相片篇幅都比较小。

2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4 RTK为例，影像数据处理采用Bentley公司的ContextCapture软件（简称CC）。

2.1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4 RTK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4 RTK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。

2.2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。

2.3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，通常按默認设定。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。

2.4航拍作业

大疆精灵4 RTK无人机的航拍作业基本是自动完成。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。

2.5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;如果之前设定的是构建测区的三维模型，则在三维模型构建成功后选择生成测区的正射影像图。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。

综上所述，在现阶段的土地资源管理工作中，通过应用无人机航测技术，可极大提高土地测绘效率和质量。城市化不断发展背景下，必须采取可靠、科学的技术落实对土地资源的精细化管理，以精准的数据信息为管理工作提供基础支撑，保证土地资源管理的有效性。

参考文献

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