无人机测绘技术在地形测量方面的应用探讨

文／刘宁 石城县自然资源局 江西赣州 342700

引言：

近年来，在社会经济稳步发展的背景下，我国测量工程事业呈现了较为快速的发展态势。其中地形测量是测量工程中非常重要的环节，做好地形测量工作，即积极开展控制测量与碎步测量作业，有助于全方位了解相关地区的地形情况，为土地开发利用、土地资源保护等提供有效参考凭据[1]。但需注意的是传统人工测量方法存在一定局限，因此需与时俱进，合理科学应用现代化测量技术。以其中的无人机测绘技术为例，具有机动灵活、快速高效、测量精准度高、作业成本较低等诸多优势。因此，从地形测量工作效率及质量全面提升角度考虑，本文围绕“无人机测绘技术在地形测量方面的应用”进行分析探讨价值意义显著。

1、无人机测绘技术的特点优势概述

无人机测绘技术在诸多测量工程领域均适用，结合实践工作经验，将无人机测绘技术应用在地形测量当中，其主要特点优势如下：

1.1 测量灵活性高

将无人机测绘技术应用在复杂的地形地貌区域当中，能够使测量工作流程得到有效简化，使测量工作的精准度及时效性得到有效保证，并且有助于测量工作人员人身安全的保证。同时，和传统航空摄影技术比较，无人机测绘技术可靠性、测量准确度以及稳定性均更高，能够高效采集、整合、分析处理相关地形数据信息，使测量结果精准度得到有效保证，使测量工作时间得到有效节约，成本得到有效节省，在体现测量高灵活性的基础上，使地形测量工作的效率及质量得到协同提高[2]。如下图1 所示，为无人机测绘技术在复杂地形地貌区域中的测量工作现场图。

图1 无人机测绘技术在复杂地形地貌区域中的测量工作现场图

1.2 测量辨识度高

基于地形测量工作当中，无人机测绘技术能够发挥出显著的作用，有助于地形测量质量水平的提高。而从其特点优势层面分析，测量辨识度高非常突出。比如，在对无人机遥感系统进行优化的基础上，同时对远程遥感装置加以完善，可以使无人机测绘技术的可靠性及安全性得到有效保证。此外，在对摄影功能加以完善的基础上，可以使低空飞行受到障碍物遮挡的问题得到有效避免，以此使地形测量成果的辨识度大大提升，使地形测量工作顺利、有序进行。

1.3 测量成本较低

对于飞行平台来说，能够起到确保无人机飞行可靠性及安全性的作用，即使无人机从起飞到着陆全过程的安全性得到有效保证。与一般的直升机相比，无人机飞行平台建设成本更低，同时无人机测量的精准度与时效性与一般的飞行摄影技术相比明显更高[3]。并且，无人机选用了有机高分子复合材料，自重质量轻，投入应用的年限比较长，维修保养成本比较低。此外，无人机配件兼容性、适配性、实用性均较高，在此条件下可以使无人机测绘技术的测量成本得到有效节省。

2、无人机测绘技术在地形测量中的基本工作流程分析

从地形测量工作效率及质量提高角度考虑，在使用无人机测绘技术之前，明确基本工作流程至关重要。具体而言，其基本工作流程如下：

2.1 准备处理环节

基于地形测量工作开展期间，需将相关资料收集好，确保相关设备、仪器准备就位，并进行质量检测，保证相关设备能够正常应用，进而使后续测量工作能够顺利、有序进行。同时，搜集好现有资料，比如基础资料信息基础地形图信息、卫星影像资料信息等等，充分了解测区地理位置情况。将相机校验完好之后，优化调整方位元素、畸变参数等等，使后续测量问题的发生得到有效预防控制[4]。此外，所使用的设备还需做好检查验收等工作，以此使航拍的质量得到有效保证。基于前期准备工作环节，充分做好现场勘察作业工作，对起降位置加以明确，保证无人机设备处于安全可靠的作业范围当中。

2.2 航摄环节

在地形测量航摄环节，利用无人机测绘技术，需对航线进行合理科学设置，对专业软件合理应用，优化设计飞行航线，确保后续航摄作业的可靠性及精准性。与此同时，进行控制点设置，并开展测量作业。基于地面将基准站设置好，通过动态后处理（PPK）技术，对位置进行准确计算，进而使后续数据收集的准确性及全面性得到有效保证。此外，对于控制点布设，需与相关规范标准要求相符，在有必要的条件下，合理利用卫星定位系统，对航摄坐标充分明确，以此全面提高航摄作业的质量。

2.3 影像获取环节

在地形测量工作开展期间，以目前相关规范要求为依据，需做好无人机起飞前检查作业，严格检查、分析无人机的性能及质量等，比如GBOX状态检查、相机检查、跟踪器检查、升降翼检查以及发射架检查等，并对空速反应、飞行定位进行相应检查，保证相关数据与飞行要求相符之后，再执行航飞作业[5]。航飞期间，需以规划完好的线路进行飞行，确保测区范围内所需测量的数据的准确、完整。并且，基于地面站层面分析，需监控好无人机的飞行状态，比如飞行速度、高度等，若有异常，及时上报，并采取有针对性的处理对策，以此确保无人机飞行的可靠性及安全性。此外，基于数据整理及检查过程中，需认真核对航摄数据信息，在明确没有漏拍的基础上，对摄片的清晰度进行检查，针对模糊、质量不达标的航摄信息，需进一步进行补拍作业，以此确保无人机测绘整体工作任务的高效完成。

3、无人机测绘技术在地形测量方面的应用要点分析

地形测量是一项系统化的工作，在明确无人机测绘技术在其中的基本工作流程的基础上，还需掌握无人机测绘技术在其中的具体应用要点。总结起来，具体技术应用要点包括：

3.1 外业飞行作业要点

将无人机测绘技术应用在地形测量过程中，需把控好外业飞行作业要点，首先进行现场调查作业。基于外业飞行前期，对相关航飞要求是否相符充分明确，确保外界温度控制在-10℃到40℃范围内，保证外界天气良好，避免处于风雨雷电等恶劣天气环境下进行飞行作业[6]。并检查有无电磁干扰情况出现，比如明确周边有无高压电线、输电站以及移动电话基站等等，使信号感染阻碍飞行得到有效避免。避免进入到限飞区域当中，并避免进行随意进行飞行作业，如下图2 所示，其外业作业需按照以下流程严格执行，并通过内业空三加密处理，确保能够获取完整、可靠性及时效性高的测绘成果。

图2 基于无人机测绘技术的地形图测量外、内业工作流程图

当然，在外业飞行作业环节，做好航线规划工作也至关重要。基于航线规划期间，需确保飞行路线处于镜头范围当中。从现状来看，可在无人机测绘过程中应用五镜头相机，使拍摄效果得到有效保证，1 镜头垂直向下，其余4 镜头和1 镜头维持45°角，确保周边环境内的全部内容均可拍摄获取得到。与此同时，基于航线规划期间，需合理控制飞行高度，确保拍摄图像的足够清晰[7]。并适当外扩测区，外扩范围需和飞行高度之间保持一致性。并且，需合理控制航向重叠度，确保在同一航线内相邻拍摄点进行照片重叠度的拍摄；合理控制旁向重叠度，确保处于同一航线范围内相邻拍摄点进行影像重叠度的拍摄；合理控制主航线角度，基于飞行高度调整过程中，需对飞行速度、时间合理控制，在统一调整的基础上，保证拍摄的影像足够清晰，并保证能够对被测区域的具体情况充分掌握。在拍照模式方面，以测量工作现场实际情况，合理控制。总体而言，对于航向重叠度，一般控制在60%到80%之间，最低参数不能＞53%；对于旁向重叠度，一般控制在15%到60%之间。各项数据并非固定不变，需以测量工作现场实际情况为依据，进行合理调整。此外，对于航线高H.镜头焦距f.像元尺寸a.地面分辨率GSD，其计算公式为：H ＝f×GSD/a。

3.2 像控点布设要点

采取无人机测绘技术展开地形测量工作过程中，合理布设像控点至关重要。需以测量区域的实际情况，对无人机航测像控点进行均匀布设。对于各像控点之间，需确保具备一定的几何强度，布点需与相关规范要求的密度相符，尽可能选取便于查找处理的位置，比如地物交叉点、房屋角点、斑马线角点等。在缺少明显的地物或者地标情况下，可采取人工喷漆的方式，对布点进行详细标记。并且，对于像控点布设位置，需确保清晰、易识别，且固定不易移动，平整，没有阴影，没有外物遮挡等。在像控点布设密度方面，需以测区地形、测绘精度要求为依据，充分明确。若测区地形地貌比较复杂，需合理增加像控点。在像控点坐标、高程采集方面，其精度需控制在≤5cm，一般采取实时动态载波相位差分（RTK）技术[8]。期间，需确保RTK接收机和无人机网络接入点、端口的一致性，进而确保能够获得精准可靠的数据信息。此外，基于后续室内资料处理过程中，可以对相关软件合理利用，将像控点坐标信息导入，通过对控制点的测点处理，针对影像数据当中与相关要求不符的像控点合理调整，进而确保像控点布设工作环节质量水平的全面提高。

3.3 空中三角测量及补充测量要点

空中三角测量与补充测量为地形测量的重点工作环节，在应用无人机测绘技术期间，需把控的技术要点如下：

（1）空中三角测量技术要点。空中三角测量，又称为“空三加密测量”，主要对已知的像控点坐标合理利用，并采取摄影测量解析法，对所有影像的外方位元素求解出来之后，确保每一个模型已知点≥4 个[9]。从现状来看，God Work 空三软件应用广泛，其具备全自动处理功能，看获取精准的影像自动匹配航向与旁向像点，然后以外业控制点为依据，对获取的影像数据进行校准处理，将像片的外方位元素获取出来之后，再通过双像或者对像空间前方交会法，得到所有加密点的地面坐标数据。此外，基于无人机航测作业过程中，得到的是若干个独立影像，需拼接连接点，确保测量成果的精度，进一步保证获取的地形测绘成果质量达标。如下图3 所示，为空三加密测量作业工作流程图。

图3 空三加密测量作业工作流程图

（2）补充测量技术要点。基于地形测量工作期间，测区范围内可能有无人机航测盲区存在。对此，相关测量工作人员需结合测区的具体情况，对无人机航线、像控点进行合理科学布置，避免出现遗漏现象，确保获取的航测数据的时效性、真实性及完整性[10]。与此同时，需严格校核得到的测量影像数据，针对存在测量遗漏的区域，需及时展开补充测量作业。或者，采取外业调绘方式，检验分析初步形成的地形资料，使测量误差控制在合理范围内，进一步保证地形测绘成果的完整性、可靠性及准确性。

结语：

综上所述，无人机测绘技术在地形测量中应用的特点优势突出，集中体现在测量灵活性高、测量辨识度高、测量成本较低等方面。因此，在地形测量工作中应用无人机测绘技术，需做好相关准备工作，然后按照基本工作流程，做好航摄、影像获取等工作。此外，还需落实外业飞行作业、像控点布设、空中三角测量、补充测量技术要点等，以此充分发挥无人机测绘技术的价值作用，促进地形测量工作效率及质量的全面提升，并为地形测量工作事业的稳步、可持续发展奠定坚实的基础。