工程测绘中无人机遥感测绘技术应用分析

冯骥

（福建省测绘产品质量检测中心，福州 350001）

无人机遥感测绘技术将无人机技术、遥感技术、通信技术和GPS技术等多项新兴技术结合，可以在较为复杂的环境中进行专业的测绘工作。随着无人机技术的快速发展，无人机遥感测绘技术在工程测绘领域的应用愈发广泛，并日臻成熟，在数据采集、传输和处理方面都为工程测绘领域带来了新的能量。因此，明确无人机遥感测绘技术在工程测绘领域的优势和应用要点，有利于后续对该技术在工程测绘领域应用的改进与创新，使其更好地服务于工程测绘工作。

1 无人机遥感测绘技术及其优势

科技水平的不断提升，使得工程测绘领域应用的技术手段不断更新迭代，无人机技术的成熟促使着无人机遥感技术在各行业的生产工作和人们的日常生活中发挥着越来越多的作用，因此充分了解无人机遥感测绘技术有利于更好地将其应用于生产生活中。当下所说的无人机遥感测绘技术，就是利用无人机遥感系统对目标对象进行影像资料的采集，为工程测绘工作提供基础数据。无人机遥感测绘技术主要涉及到传感器、无人驾驶、通信和遥感技术等[1]，将这些先进的技术结合来完成对目标对象的数据采集。无人机遥感测绘技术系统组成分为2个部分，分别是空中部分和地面部分，其中地面部分主要负责航线的规划、数据的接受等工作，空中部分又分为飞行平台、飞控系统、数据传输系统和测绘遥感系统这几个部分，空中部分主要完成的任务就是收集数据并发送给地面，无人机遥感测绘系统如图1所示。

图1 无人机遥感测绘系统组成

相较于传统的测绘技术而言，无人机遥感技术在工程测绘领域主要表现有以下几点优势：首先，是工作效率高，通过对无人机遥感技术在工程测绘工作中的实际应用情况来看，无人机遥感测绘技术呈现出极高的数据采集效率，无人机在目标对象与数据处理系统之间建立起联系，在进行工程测绘工作过程中，通过数据传输系统和网络直接将采集到的数据传输给数据接收处理系统，这对于提高工程测绘工作的效率有着极大的帮助。其次，是操作便捷，相较于传统的测绘技术而言，无人机更易于学习和操作，数据可以通过软件系统自动处理，降低人工的学习成本。无人机还具有设备自检功能，因此在进行工程测绘工作中可以大大减少设备检测和故障处理的时间[2]。无人机还可以深入到环境条件较差的地区，帮助工作人员快速地对这些地区进行数据采集，提高工作效率。第三，是“低投入、高回报”，相对于传统测绘手段，无人机遥感技术观测效率高且成本低，在实际工作过程中可以将无人机遥感测绘技术与GPS技术相结合来充分提高工程测绘的工作效率。此外，无人机可以改进互视和拐点测量等传统的工作形式，节约了工作时间，降低了人力成本，与此同时还确保了工作人员的人身安全。

2 无人机遥感测绘技术分析

2.1 倾斜摄影测量原理

将多个航摄镜头装载至1个飞行平台上，使其按照预设的航线飞行，沿途对垂直、前、后、左、右等多个角度进行影像数据的采集，通过这样的方式收集到的影像信息更加完整、真实，这就是倾斜摄影测量的技术原理。在相机进行拍摄时，可以记录下当时的各项数据指标，在后期通过对这些数据进行分析处理，可以制作出真实度极高的实景三维模型，从而直观地呈现出实景样貌和特征[3]。倾斜摄影测量原理如图2所示。

图2 倾斜摄影测量原理示意图

2.2 技术路线

关于无人机遥感测绘技术倾斜摄影测量的技术路线如图3所示。

图3 无人机遥感测绘技术倾斜摄影测量的技术路线

2.3 影响无人机航测精度的因素

相较于传统的工程测绘手段而言，无人机遥感测绘技术的测量位置精度已经有了非常显著的改善，但仍然存在一些因素会对成果位置精度产生影响，主要包括像控点的设计布置、影像数据的影像质量、航片重叠度和航高等，除此之外还有环境因素，包括地形地貌、天气等。

3 无人机遥感测绘技术的应用范围

随着无人机遥感测绘技术的成熟，越来越多的行业将其投入实际的生产工作当中，借用先进的技术手段来有效提高工作效率和质量的同时，还可以在一定程度上降低成本。当下无人机遥感测绘技术主要应用于以下几个领域。

3.1 收集影像信息

在建筑工程行业进行施工平面图的绘制工作时就可以将无人机遥感技术应用进来。在实地进行无人机遥感技术测绘工作之前，相关工作人员需要结合工程需求、规范标准及外界环境因素和天气因素等诸多条件，对无人机遥感技术测绘工作的航线、飞行参数等各项指标进行规划设计，并进行一定的试飞，将各项指标调整至合适的状态。当无人机进入工作状态时，虽然设备自身配备有效的控制系统，但仍然需要相关工作人员对其进行监控和控制，以此来保证无人机的正常运转。

在进行工程测绘工作时，无人机遥感技术可以为测绘区域内识别到的地物生成矢量数据，保证了位置信息的准确性[4]。除此之外，无人机遥感测绘技术还可以生成三维模型，利用数据处理系统直接将输入的数据经过计算处理，导出精度极高的三维模型，为工程领域的后续工作步骤提供强有力的技术支撑。无人机采集后生成的某地区实景三维模型如图4所示。

图4 某地区实景三维模型图

3.2 低空作业

将无人机技术应用到低空作业中，主要是因为部分地区自然环境较为复杂，人力难以到达，或者是通过人工的形式来完成任务有着较高的危险系数；除此之外，在部分山区由于空气流动性强，高空作业会降低无人机工作的稳定性，且密集的云层也不利于无人机进行高空数据收集。在这些情况下，就可以利用无人机来进行低空作业，通过设定好的参数与飞行路线，让无人机以一种较为轻松的姿态在安全的环境下更好地完成工作任务。

4 无人机遥感测绘在工程测绘中的应用——以露天矿区为例

4.1 测区概述

某地露天煤矿大都使用高台阶开采，边坡高度约在百米之内，整体地形复杂，变化多样，走向长度从几百米到几千米不定。利用传统的工程测绘手段对露天矿区进行数据采集时有一定的安全隐患，在部分坡度较大的危险区域，测绘人员无法到达该地进行实地的数据采集，这就会导致部分数据丢失，影响后续方案的准确性[5]。除此之外，传统的测绘技术收集到的只是矿区部分坐标的测绘数据，没有一个全面、直观的实景信息，也为后续的矿区开采工作的规划设计带来了不确定性。而且矿山地形变化频繁，相对于传统测绘手段，无人机遥感技术低成本高效率的优势可以使其进行多次反复测量。正因如此，受露天矿区的地形复杂多变因素的影响及对于后续矿区规划设计工作的重视，将无人机遥感测绘技术引入到露天矿区测绘工作中，可以很大程度上改善目前露天矿区测绘工作面临的一些困境，并在实际应用中对无人机遥感测绘技术在露天矿区的应用进行观察与分析。

4.2 航飞方案制定

工作人员在利用无人机进行测绘工作之前，需要对测区进行充分的了解，根据测绘区域面积、地形特点和工程在精度要求上的要求制定一个适当、合理的航飞方案，与此同时还需要考虑到对测绘工作可能产生影响的各种因素。

航飞方案的设计主要由以下几点构成：拍摄区域划分、飞行参数设计及像控点分布方案，利用无人机遥感技术进行工程测绘工作时也需要遵循工程测绘行业的规范标准来确定基准面的高程，在此基础上进行航线设计[6]。

（1）飞行参数设计。航高、航向重叠度、旁向重叠度和航线等都是飞行参数设计的范畴。首先应通过相对航高的计算公式来得出符合本次测绘精度要求的航高，再在综合考虑影响航测因素的基础上利用处理软件得出适当的航向重叠度与旁向重叠度2个参数。确定好以上参数后，再利用专业的航线规划软件对航线进行模拟调整。

（2）拍摄区域划分。拍摄区域的划分主要是根据实际情况来进行，当拍摄面积较大时，一般会结合无人机续航时长、地形变化情况等因素将一整个拍摄区域按照一定规则划分为便于进行测绘工作的小区域完成进行数据采集工作。

（3）像控点分布方案。结合上述拍摄区域和航线的设计在测绘区域内进行像控点的布置，确保测绘区域在控制范围内，像控点的分布要结合测绘区域的实际情况进行疏密的调整，以此来适应不同的测绘区域。

（4）航测时间。为了无人机采集到的数据更加准确，测绘工作的进行更加顺利，航测时间大都选在天气情况良好、太阳高度角较大的时候，合适的航测时间可以保证测绘区域能见度高，影像阴影面积小，影响无人机工作的外界因素更为稳定，有利于无人机工作的正常进行[7]。

4.3 外业测绘

外业测绘阶段也是利用无人机遥感技术来完成数据采集工作，由露天矿区数据采集和像控点布置测量2个步骤组成，第一步采集测绘区域成片的数据，第二步采集像控点的点状数据，像控点中的数据后期将进入空三运算，以此来保证三维实景模型中具有实际的地理坐标数据。

4.4 数据处理

数据处理阶段使用的是由Bentley公司研发的名为Context Capture的软件，该软件功能强大，扩展性强，该软件利用多视图三维重建技术对照片素材进行处理，经过一系列操作完成三维模型的建立，整个过程高度自动化，经由该软件构建出的三维模型精确度可达到毫米级别[8]。该软件对照片素材的处理流程如图5所示。将照片素材导入到软件中之后，软件也可以利用网络计算的方式来有效提高数据处理的效率。

图5 数据处理流程

将照片素材导入到软件中后。软件会根据照片上所携带的信息及相机参数等数据对素材进行分组，为后续的空三加密做好准备工作。照片素材在经过像素点控制和空三加密后进入到实景模型建立的阶段，软件会根据三维模型形状从航拍数据中选出适当的纹理对模型进行着色，最后输出实景三维模型。输出成果之后可以利用传统的检测方法对实景三维模型的部分明显地物点进行精度检测，经过计算得知，本次无人机遥感技术在露天矿区中的测绘误差符合标准要求。最后将该实景模型成果导出，为后续的露天矿区开采工作提供数据支持。

5 结束语

当前，无人机遥感测绘技术在工程测绘领域中的应用已经非常广泛和成熟，是当下工程测绘工作中的首选技术手段之一，因其具有高效率、高准确度及成本低廉等优势，在工程测绘领域广受好评。但与此同时，无人机遥感测绘技术在实际应用中仍存在一些亟待解决的问题，还需要相关工作单位加大研究力度，充分挖掘无人机遥感技术的应用优势，解决当前暴露出的应用问题，让无人机遥感测绘技术在今后为工程测绘提供更多的帮助。