探究无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用

黎炳汉

（梧州市国土资源勘测规划院，广西梧州 543002）

0 引言

近年来，我国城市化步伐逐渐加快，伴随着城市工程建设和城市规划的相关问题，城市区域的合理规划从进行地形测量开始。随着科技的不断发展和新时代的要求，传统的地形测绘方式已经无法提供高质量的地形测绘数据。因此，相关研究人员根据城市建设和规划的实际情况，以及新时代对地形测绘的基本标准和要求，开始大力推广航空摄影测量技术，利用这项技术能够精准且高效地测量地形，给我国的城市规划提供良好的技术支持。

1 无人机技术

UAV 技术是一种航空测量技术，用于低空测量，主要利用遥感技术。无人机技术的发展依赖于数字技术。无人机一般可分为固定式、旋转式和混合型。无人机一般包含两个部分，主要为遥控装置和飞行器。其基本特点是使用的测绘范围比较广，测绘精度高，并且测绘效率较高，其测绘的成本比较高。机翼相对固定的无人机，是依靠设备的推理产生助推力进行升空，依据助推力在空气中保持稳定的姿态。但是固定式无人机其缺点是无法实现在空中的悬停，其基本特点决定了其在策划过程中无法和目标测绘地点保持近距离，在策划时获取的遥感影像分辨率比较低。旋翼式无人机其机身能够旋转，从而在旋转上升的过程中保持飞行能力，在日常测绘过程中一般采用多旋翼式无人机，其优点是能够在空中实现悬停，并且能够与目标拍摄物之间保持近距离，并且获得分辨率较高的影像。其缺点是作业的时间长度比较短，并且其飞行速度与固定式无人机相比较低。混合式无人机兼具固定式和旋翼式无人机的基本特点，其优点是不仅包含固定时无人机的快速飞行能力，还能够实现空中悬停问题，解决了常规无人机起降困难的问题[1]。本文将按照尺度、任务高度两方面将无人机进行详细分类。虽然各类无人机有其优点和缺点，但是每类无人机有其固定的应用场景，在小范围的测绘过程中优势明显，能够被广泛应用于城市测绘、数字化城市建设、土地勘察和地质灾害处理过程中。

2 无人机应用的基本特点

2.1 成本优势

与传统的人工测绘技术相比，无人机测绘技术的优势在面对相同的测绘区域时变得更加明显，所需的测绘专家和测绘成本约为人工测量的1/10。从绘图周期，无人机测绘周期相对于人工测绘能够缩短大约一倍。无人机测绘设备采购完成之后，能够保持很长的生命周期，并且其保养和维护成本比较低。在测绘过程中所需要的人工作业工作量较小，能够很好地支持野外测绘。因此，无人机测绘在众多方面优势非常明显，其测绘周期比较短，测绘费用也比较低，能够提升测绘企业对于测绘任务的交付周期，对企业订单的争取非常有利，为企业的良好运营和发展提供了有效的技术支撑[2]。

2.2 效率高速度快

与传统人工测绘相比，无人机测绘可以根据实际测绘区域进行具体的测绘路线设计，从而优化各个测绘项目，进而实现对无人机合理的控制，使得无人机能够在最优的测绘路径上采用垂直或者倾斜的方式实现地理信息位置数据的获取，从而最大程度降低测绘的时间，并且高效获取相关数据，支撑对数据的分析和利用。综上所述，无人机测绘能够更加高效快速地完成地形测绘任务，尤其是对于工作区域较大的测绘场景，能够更加高效地完成质量控制，进而极大降低测绘技术人员的工作量，提升测绘效率，降低测绘周期。

2.3 灵活机动

在现场进行山谷测绘时，由于地形工作的某些特点，需要人工测量，如陡山、湍急的河流或湿地等地方，人工测量一般不能满足其测绘的基本要求。此时便可以发挥无人机的优势，灵活地对不同的地理位置采取不同的测绘方式。无人机的体积较小，并且一个人便可以对其进行操作。现场的作业简单，对于当地气候等环境的要求不高。多旋翼无人机能够随时随地完成飞行任务，不受到地理位置的影响，并且可以根据测绘地区的实际情况实现对数据的采集和传输，如果数据存在纰漏，可以随时进行二次补测。若测绘现场遇到比较复杂的场景，无人机可以随时进行作业暂停，等待测绘现场工作情况符合条件之后继续开展测绘工作。尽管无人机测绘存在诸多优点和优势，但是不得不承认，如今无人机航测过程中存在众多不足，仍有很大的进步空间，主要表现在以下几个方面。①多旋翼无人机其整体质量比较小，在高空中，一旦遇到大风便会影响其航测作业过程，其飞行不够稳定，进而影响最终获取数据的精度和清晰度。②在无人机设备的传感装置，仍然存在较多的缺陷，其精度不够高，影响了航测过程中数据的精确度。③电子通信技术也是影响无人机数据传输的最主要因素之一，为了提升其测量的可靠性和精确度，还应该加大对无人机航测的进一步研究[3]。

3 无人机航空摄影测量技术在地形测绘中的实际应用

3.1 像控点布置和设计

在无人机测绘过程中，作为控制点的设计非常必要，其设计质量直接影响测绘质量，因此要合理设计和布置控制点。在无人机测绘过程中，作为控制点的设计，根据被测区域的实际情况，需要更加合理，从而像控点应该具备必需的几何强度要求，布置原则应该按照相关的密度规范要求，在布置过程中应该尽量选择方便查找的位置，如斑马线的焦点等位置。在布置过程中，如果没有明显的标志物，可以采用人工喷漆的方式对标记位置进行划定。应尽量选择固定、无遮挡和阴影的区域作为像控点。另外，其布置应该根据地形和地貌的实际特点进行确定，对于比较复杂的地形和地貌，应该根据实际情况酌情进行像控点数量的增加。对于其精度应该控制在5cm 之内。一般使用RTK 定位方式进行精度控制，在策划过程中应该保障RTK 和无人机网络的接入点的端口是一致的，从而保证数据获取的准确性，在数据处理后期对数据进行分析过程中，可直接将像控点的坐标信息导入，进而对测绘数据进行分析。

3.2 高空三角测量

根据少量现场实测控制点，通过加大控制点加密力度，建立符合地形的路线模型，计算得出加密点平面坐标和高程，即高程三角测量。无人机内部装有操作系统，会依据地势的情况来做出合理的调动对摄影测量设备，从而更加有效地得到所需要的视频，影像或资料。在空中三角测量实际工作运用当中，空中三角测量平差要求采用光束法区域网平差，考虑到基高比对于无相对漏洞且航向重叠度能满足要求的情况下，可进行抽片处理。区域网根据航摄分区、可利用像控点的分布以及地形条件等情况灵活划分，可以合并多个航摄分区为一个区域网。平差计算时对加密点、像控点进行粗差探测，剔除或修测检测出的粗差点，同时要分析各项误差是否存在系统误差；野外控制点可根据实际情况，只采用其平面位置或高程。根据需要进行单模型绝对定向，检查测图定向点残差，若超限应在区域网中进行人工修测[4]。在信息收集工作完成后，无人机相关人员要迅速对所得到的信息进行整一的编排和处理，所以在无人机对地形勘察和测绘后，要对难以检测到的地点做出特殊的标记，以便下次规划无人机的路线或制订地形图时有提醒辅助作用。连接标志性地形做出的参考点，可绘制出一条最适当的路线，将程序提前输入地面控制平台，根据工作实际情况，通过无人机传输至地面的影像来做出实时调配和控制。

3.3 绘制地形地图

地形图的绘制也是无人机工作内容的主要环节。这一环节要求相关技术人员应用数字化技术，以确保地图绘制的准确性。同时，在适当的条件下，航空摄影用于连续优化清晰度、比例等条件，让拍摄过程尽可能的全面。平时可以使用航空摄影测量对河流、水库、湖泊、森林、矿山等大面积地形进行航拍。无人机航拍相当于近距离的探测测量目标并直接计算测量数据，无人机设备反应迅速的特点帮助了工作人员最短时间内获得准确测量结果。想要让地形图的绘制水平进一步提高，还需要技术人员不断提升自我，学习新的技能，包括无人机的工作原理，测量常用和不常用的方法，系统应用的有机组合和地图地形图的绘制上不断优化信息数据，使得图像地形和数据地形最大限度的统一性。此外，为了加强无人机设备技术的拓展使用，技术人员需要通过组合拍摄的图片和数字信息分析来检查飞行路径，飞行速度，飞行高度等重点方面，通过检查以上几个部分，制定出适合该项工程的测量方案，以此来满足工作需求。

3.4 补测操作技术

仅仅依靠航空摄影技术进行实际的地形测量是不够的，工作人员可以采用一些额外的操作方法，将其与航空摄影技术结合使用，从而更好地满足地形测量点的实际要求，并使地形测绘工作的效率得到大幅度的提升，同时也更好地保障了地形测绘工作的开展质量。因此，相关工作人员需要在地形测绘工作开始之前，对该区域所有的测量范围以及周围的环境等情况做出全面的分析。只有这样才能够及时采用合理的补测技术，来适当调整航空摄影测量的参数，给无人机高效开展地理测绘工作提供坚实的基础。我国的地形复杂多样，在进行地形测绘时经常会遇到特殊的地理环境，由于地理环境的特殊性，会造成在实际地形测绘时出现测量盲区，并且在该区域内通常情况下很难得到具体准确的地形参数和相关信息。针对这一情况，需要建设单位严格采用无人机航空摄影测量技术，而且在测量过程中应严格把控好各个环节，防止出现不足之处导致地形测绘工作的重复工作。在利用补测操作技术进行地形测绘时，有时需要结合无人机航空摄影测量技术，这会大大提升地形测绘的工作成本，甚至会给地形测绘结果造成测量误差。针对这一情况，测量人员往往会采用人工辅助测量的方法，技术人员会对无人机拍摄测量的流程进行严格的把控，只有这样才能在特殊地形测绘时保障地形数据的准确性[5]。

3.5 航空测量摄影

GPS 摄影测量与定位技术相结合，航测记录图像内容与位置信息相结合后，通过图像绘制技术，对拍摄的内容进行反复整合，获得的图像信息将更加丰富，对矿山项目的成功开发更有帮助。再通过人工智能把信息进一步分析处理，生成的数据图像具有高精度、高质量、高效率的特点，这明显优化了以往矿山工程施工中面对特殊工况、特殊地形、特殊位置的应对策略，还可以保证了测量的及时性、稳定性和准确性。最后，让技术人员把勘测到的数据信息，重新再次全面验收，确保测绘区勘测到的地形图全部合格，如果没有错误或者错误率很低，那证明无人机航测在矿山地形测量中的应用是可以满足当前矿山工程的需要的。

3.6 摄影平台的选取

当无人机在空中运行时，它会在不受控制的状态下飞行，因此，照片平台的选择至关重要，在一定程度上决定了该操作能否出色完成。如果摄影平台选得不好，会直接影响到最后所得到的数据资料及影像的准确程度，从而对接下来的研究分析造成很大的影响。通常工作人员在地形勘测的过程中会选用动力悬挂滑翔三角翼，搭配高清像素的摄影机来作为无人机的摄影平台[6]。

4 结语

综上所述，无人机航拍系统主要包括飞行控制系统，地面站控制系统和航拍摄像系统3 个部分。虽然现在无人机技术比较发达，但是在人员操作和系统配置因素方面还是存在一些困难。虽然相对于传统方法来说，无人机航空拍摄测绘已经有了很大的优势，但仍然无法做到精益求精。但是人们对无人机航测技术的应用愈发重视，所以未来无人机航空拍摄技术也会继续不断地向前发展和推进。通过本文的论证与分析，可以看出，无人机航测摄影技术应用主要包含：空中三角测量，补测操作技术和摄影平台的选取等，即可以让无人机测量再迈上新的台阶，从而能够在以后的测量工作中发挥出更好的作用。通过本文的研究和分析，希望能为相关工作人员提供一些帮助。