无人机遥感技术在测绘工程测量中的运用策略

段 伟

（中国建筑材料工业地质勘查中心广西总队 广西 桂林 541002）

0 引言

近年来，无人机遥感技术开始广泛应用于测绘工程测量中，并成为一种典型测量技术。通过该技术的应用，可有效避免传统测量中的各方面因素影响，进一步提升测绘效率和质量，充分满足当今多样化和复杂化的测绘工程测量需求。因此，在具体的测绘工程测量中，相关单位与工作人员应加强此类技术的研究，并根据实际的工程情况与需求对其加以合理应用。通过这样的方式，才可以充分发挥出此项技术的应用优势，实现测绘工程测量结果的快速、准确获取。

1 项目背景

本次所研究的是广西崇左市公益矿区水泥用石灰岩矿区测绘项目，因本次项目涉及的地形比较复杂，包括平地、丘陵、山地以及高山地等地形，如果通过传统的人工方式进行工程测量，不仅会花费大量的时间与人力，同时也会由于一些区域测量者难以到达，而影响到最终的测量精度。所以为实现该项目的顺利、高效开展，相关单位决定采用无人机遥感技术对沿线区域中的地理信息进行测绘，以此来实现地势地貌信息的真实、精确获取，并对居民建房面积以及征地拆迁范围信息加以详细调查。在该项目正式开展之前，通过无人机遥感技术对该项目所在地进行了地形测量，从而实现了DLG（数字线划图）、DEM（数字化高程模型）以及DOM（数字化正射影像图）数据信息的形成，获得了具有较高分辨率和良好清晰度的摄影资料。本文主要对无人机遥感技术在其工程测绘中的应用进行分析。

2 无人机遥感航摄系统概述

在通过无人机遥感航摄技术进行工程测量的过程中，相关单位与操作人员一定要对无人机遥感航摄系统做充分了解，包括其系统组成、主要原理和系统应用优势等，以此来为后续的无人机操作与遥感航摄测量奠定坚实基础。

2.1 系统组成

在无人机遥感航摄系统中，主要的组成部分包括无人机飞行平台、地面控制系统以及数据处理系统。其中无人机飞行平台中主要包括无人机、机载电子设备以及任务荷载；地面控制系统主要包括地面站设备以及地面站软件；数据处理系统主要包括数据处理设备以及数据处理软件[1]。

2.2 系统主要原理

无人机是一种不需要人员驾驶的飞行器，这种飞行器可在飞行驱动设备的驱动下实现悬空行进，其飞行路线比较灵活，对于陆地环境也没有过高要求，通过终端控制，便可快速到达人员难以到达的区域，根据相应的指令进行信息采集。遥感技术可分为光遥感技术、红外光遥感技术以及微波遥感技术等，传感器是其核心设备。借助于传感器，可接收被测对象所衍生的电磁波，并对其进行处理，然后将其以图像的形式传输给操控终端。而无人机遥感航摄技术就是无人机技术和遥感技术之间的有机结合，将遥感设备搭载到无人机上，对被测区域进行航摄，这样便可实现测量数据的科学、全面获取，为相关单位的测量数据研究提供有效依据。

2.3 系统应用优势

就目前的测绘工程测量来看，无人机遥感技术的主要应用优势包括以下几个方面：（1）测绘效率与灵活性较高。无人机具有良好的机动性能，反应灵敏，且十分灵活，实际测量中不需要人工驾驶，也不会受天气环境等因素限制。（2）分辨率高。通常情况下，其测绘境地可控制在0.1～0.5 m，且具有通信功能，可将采集到的数据实时传输到地面控制系统，并通过计算机进行分析与处理，以此来实现测绘数据的高效利用。（3）运行周期短，成本低。具体测绘中，并不需要进行专门的降落场地设置，且一名工作人员即可操控一台无人机，可实现土地与人力资源成本的显著节约。由此可见，无人机遥感技术在当今的测绘工程测量中具有非常显著的应用优势。

3 无人机遥感技术应用分析

在通过无人机遥感技术进行工程测绘的过程中，合理的技术应用是确保测绘精度、满足测绘工作质量要求的关键。为实现此项技术的良好应用，本次测量中，主要通过以下几个方面的措施来进行测量。

3.1 航线设计

在对本次测绘区域进行无人机遥感测量的过程中，对设备的初始化输入以及设计输入情况进行了合理设计。表1为本次测绘区域中的初始化输入数据情况。

表1 本次测绘区域中的初始化输入数据情况

表2为本次测绘区域中的设计输入数据情况。

表2 本次测绘区域中的设计输入数据情况

3.2 像控点布设与测量

根据本次工程的实际需求，相关单位决定通过区域网布设的方式来设置平面像控点。在此过程中，所有的平面控制点都需要设置为平均高度控制点位，然后根据航摄资料中的具体条件以及成图方面的精度要求来进行各个像控点的区域、跨度以及网络大小确定。通过本次测量项目以及无人机遥感技术方面的要求，最终进行了一对平高点、两条航线和四条基线选择，将4个控制点设置在两航线和区域边缘之间的交叉重叠处，并对控制点范围进行科学确定，这样才可以使其处在拍摄的照片中间[2]。

3.3 空中三角测量

在具体的工程测绘过程中，无人机遥感技术会与前后方交会相结合，然后通过计算机来实现特殊点位或加密点位的空间坐标获取，这种方法称为空中三角测量法。此方法的精度主要从两个方面分析，第一是理论方面，加密点坐标改正数值可视为随机误差值，按照最小二乘法平差函数和协方差，可对坐标改正数值进行方差以及协方差矩阵关系计算，这样便可实现平差精度的获取。第二是将地面测绘数值视为真实坐标，对地面上的控制点位平差坐标和测绘坐标的数值关系进行分析，将多余控制点位坐标值用来替代检查点位以及多余观测值，从而实现平差精度的有效计算。在通过该方法进行测量的过程中，通常会采用实际的精度数值对更贴合实际的测绘数据加以表示。就理论层面而言，如果测绘数据不会被不必要的误差所影响，实际精度便可与理论精度相等同。但是在实际的工程测绘中，其实际精度和理论精度之间一定会有误差存在，不同精度也会使得平差模型和观测值误差不同。因此，在平差测量的过程中，多余控制点观测至关重要。

3.4 理论和实际精度指标分析

在理论精度方面，无人机遥感测量系统的理论精度主要为空三测量内部精度，它可以将测绘区域中的偶然误差分布规律直接反映出来，并和点位分布之间建立起一定的关联。在理论精度计算中，主要应用平差测绘中的未知数协方差矩阵，其中的第i个理论精度计算公式如下：

其中，σ0为存在于单位权观测值中的误差数值，Qii是Qxx法方程的逆矩阵。通过该理论精度以及实践分析可知，测量误差与平差模型协方差传播规律以及测绘区域中的网格结构有关，上述因素的变化都会使其理论精度发生变化，但是像点测量精度和未知数理论精度具有正比关系。

在实际精度方面，平差模型中的系统误差以及偶然误差之间的差异性是实际与理论精度误差产生的主要原因。但是就实际的精度误差公式而言，其定义比较简单便捷。一般情况下，可直接计算多余控制点所处位置的真实坐标和平差坐标，以此来实现平差模型实际精度的获得[3]。在空三测量中，实际精度可按照以下公式进行计算：

其中，μx为x坐标方向上的实际精度；μY为y坐标方向上的实际精度；μZ为Z坐标方向上的实际精度，n为测量点个数。

本次测绘中，主要通过Pixel Grid自动化系统来进行空三测量，以下是其模型连接公式：

其中，ΔS是平面位置误差，单位为m；ΔZ是高程误差，其单位是m；m像是照片比例尺分母；fk是无人机遥感航摄仪器焦距，其单位是mm；b是照片基线值。要想让像控点平面精度得以良好控制，就需要对其和邻近基础控制点之间的平面误差加以严格控制[4]。表3为本次测量中的平面位置误差情况。

表3 本次测量中的平面位置误差情况（比例尺为1∶1000） 单位：m

表4为本次测量中的高程误差情况。

表4 本次测量中的高程误差情况（比例尺为1∶1000） 单位：m

具体测绘过程中，因为居民房屋会对遥感航摄的图像获取造成一定影响，表现在照片上的是密集阴影，且被测绘区域内的居民房屋比较隐蔽。基于此，在具体测量中，将平面测量精度放宽0.5倍，将高程测量精度放宽0.75倍。通过测量发现，被测区域内的空三加密精度可以清晰地展示出来，与1∶1000比例尺条件下的成图精度要求相符。

3.5 摄像数据处理

就目前我国无人机遥感航摄技术应用来看，其主要的影像数据处理软件是Pixel Grid自动化系统以及GPGrid系统等。具体处理中，首先需要通过无人机遥感技术来进行被测区域影像数据的大量获取，然后通过相应的数据处理软件对获取到的数据进行精细化处理，并实现DEM/DOM的制作。在具体的测绘工程测量工作中，需要将通过无人机遥感技术获取到的图像数据和GPS/POS数据下载至数据处理系统中，然后通过该系统进行数据的整理，并实现数据的智能化匹配，将密集匹配技术合理应用其中，便可实现DSM三维点云数据的准确获取，对获取到的点云数据进行分类，对于其中会干扰到测绘过程的数据，需将其剔除，之后便可实现DTM点云数据的科学获取，并将获取规则网中的DEM成果插入其中[5]。在此过程中，为实现成果质量的进一步提升，还需要对DEM成果进行编程检查。通过这样的方式，才可以实现无人机遥感航摄数据的良好处理，以此来实现被测区域实际情况的真实获取，为后续工程的设计施工提供具有科学性的参考。

4 无人机遥感航摄技术的发展方向

随着时代的发展与科技的进步，工程测绘领域中的无人机遥感航摄技术也将实现不断发展，从而使其现有的不足得以一一弥补，进一步提升无人机遥感航摄技术的应用效果。

4.1 抗风性能的改进

就目前的无人机遥感航摄而言，风力干扰是其工作中所面临的一个主要问题，一旦测量中的风力过大，便会对测量结果造成一定程度的不良影响，从而增大测量误差[6]。基于此，在无人机遥感航摄技术未来研究与发展中，相关单位与研究人员应加强其抗风性能的研究，通过先进的软件技术等进行无人机飞行姿态控制，并进行科学的风力误差测算。通过这样的方式，便可让无人机遥感航摄技术具有更好的环境适应能力，从而实现其测量工作质量的进一步提升。

4.2 无人机机动性的增强

因为无人机遥感航摄技术大多在高原或山区环境下应用，其飞行环境以及起落环境都相对比较复杂，在这样的情况下，无人机的磨损程度便会加重。尤其是在起升和降落的过程中，如果遇到了复杂的环境条件，更是会加大无人机磨损。为有效解决此类问题，实现无人机应用质量的进一步提升与使用寿命的进一步延长，在后续的无人机遥感航摄技术研究与发展中，研究者与技术人员需要注意加强无人机的机动性，使其磨损程度得以有效降低。

4.3 无人机飞行姿态控制效果的提升

在通过无人机遥感航摄技术进行工程测量的过程中，无人机飞行姿态将会对测量效果产生直接影响。基于此，在今后的无人机遥感航摄技术应用和发展中，研究者与技术人员一定要加强其飞行姿态控制效果的研究，通过科学合理的措施来提升其飞行姿态控制效果[7]。通过这样的方式，便可让无人机航摄中获取到的影响资料具备更好的精度与重叠度，充分满足工程测量的实际需求，达到更加理想的工程测量效果。

4.4 无人机遥感航摄测绘技术的自动化与智能化控制

在目前的无人机遥感航摄测绘中，无人机需要地面上的操作人员远程控制，在这样的情况下，便难免存在一定的人为因素影响，且在突发情况下，人的反应速度会比控制系统的反应速度慢很多。因此，在未来的发展中，无人机遥感测绘技术将会朝着自动化与智能化控制的发展，从而彻底避免人为因素的影响，实现控制效果、测绘质量的进一步提升。

5 结语

综上所述，在通过无人机遥感技术进行测绘工程的测量过程中，相关单位与技术人员需要将待测区域的实际情况作为依据，对测量过程中的像控点进行合理布置，并按照合理的比例尺来进行工程测量。在此过程中，需严格做好航线设计、空中三角测量、理论与实际精度标准分析、摄像数据处理等，通过各项参数的合理设计与控制来确保测量效果。通过这样的方式，才可以让无人机遥感技术在现代化测绘测量工程中发挥出充分的应用优势，充分满足实际的工程测绘需求，促进工程测绘工作质量的提升与现代化工程行业的良好发展。