无人机技术在城市测绘中的应用分析

2024-04-29唐勇

信息系统工程 2024年2期

唐勇

摘要：随着社会经济的快速发展，无人机测绘技术成为现代化城市发展中必不可少的一项技术，其在城市测量服务中起到至关重要的作用。无人机技术以灵活性强、操作简便等独特优势被广泛应用于测绘领域，为我国的测绘工作带来极大便捷。下面将从无人机相关概述入手，分析无人机在测绘工程中的应用技术要点，探究无人机技术在城市测绘中的应用。

关键词：无人机技术；城市测绘；测绘工程

一、前言

随着科学技术的不断进步，无人机技术更加成熟。其主要通过使用无线电设备对无人机进行操作，促使无人机代替人工完成一系列航拍、测试工作，在减轻人工成本的同时，提高测绘工作的质量和效率。测绘工程主要是对地形图完成测量和绘制工作，对测量领域的表面地物、地形水平以及具体位置等进行测定，并且按照一定的比例缩小，使用标记符号完成地图绘制。在测绘工程中，使用传统的测量技术难以满足现代化发展对地图精度的要求，使用无人机技术能够促使测绘精度更高、操作更方便、测量面积更广，具有较强的实用性，并且在技术研究更加深入的背景下，无人机技术未来在城市测绘中势必会有更广阔的发展前景。

二、无人机相关概述

（一）无人机原理

无人机是通过无线电遥控进行操作和控制系统的不载人飞行器，无人机技术中包含多种现代化技术，其中有遥感技术、通信技术、传感器技术、定位技术等，其集中多种先进技术于一体实现智能化、自动化、便捷化获取数据信息。并且在现代化科学技术不断完善的背景下，无人机技术的应用范围也在扩大，其自身以灵活性强、效率高、质量优等优势成为现代科学技术研究的重点内容。改革开放以后，我国的经济建设、区域地貌、城市建设等发生巨大的变化，传统的城市测绘技术已经难以满足城市化发展的需要，与当前经济社会发展的要求不适应，但是无人机技术能够弥补城市测绘的要求，为城市建设提供便捷。因此，无人机技术在城市测绘中的应用进一步夯实[1]。

（二）无人机遥感技术的分类

无人机的类型主要分为固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机、无人飞艇四种类型，固定翼无人机采用的是电力驱动系统，其具有拆卸便捷、噪声干扰小、隐蔽性强等优势；无人直升机的优势是垂直起降、悬停、能够为工程测绘提供较多便捷；多旋翼无人机能够同时拥有多个推进器，并且能够实现空中悬停；无人飞艇主要是通过控制空气浮力实现飞行，使用范围较广。在国土规划中需要精确度更高的数据，我国的国土面积较大，传统的测量技术需要耗费大量的人力、物力，并且数据的精确度难以满足实际要求，将无人机应用其中，采用数字传感器、无人机遥感平台、数据处理技术、定位导航系统等，实现大面积的测量，促使数据时效性更高，工作效率更高[2]。

（三）无人机测绘技术的特点

1.稳定性强

无人机测绘技术的精度范围在0.1米至0.5米之内，能够满足数字地形测量的要求，其能够在前期根据航拍计划制定飞行计划，包括飞行路线和航拍点设置等，还能在航拍过程中将拍摄到的画面进行实时性、清晰化传输，并且能够动态更新拍摄点方位、机位、辐射范围、飞行方向、经纬度等多样化的内容，待飞行计划完成后，能够在电子操作系统中查看飞行轨迹，系统能够将历史数据进行自动化存储，便于后期检查，及时找出需要优化的部分（如图1所示）。无人机在拍摄过程中具有较强的稳定性，包括画面的稳定、数据信息的稳定、性能的稳定等[3]。

2.安全性强

我国的国土面积较大，地形较为复杂，部分地区的气候条件较为复杂，所以测绘工作极易受到极端气候的影响和复杂地形地貌的影响，这就导致传统的测量技术难以胜任该工作的要求。无人机测绘技术能够有效解决以上问题，其不受地形地貌的影响、不受气候条件的影响，所测数据具有较强的稳定性、安全性和精确性。

3.性价比高

测绘工程通常规模较大，并且在地形地貌、天气等多种因素的影响下，想要完成高质量的信息数据采集，需要投入大量的成本，但是在测绘工程中使用无人机技术能够满足低成本、高质量的要求，并且其采用低空飞行，受极端天气的影响较小，无人机自身的安全性极高，方便拆卸、组装，可重复使用。

三、无人机在测绘工程中的应用范围

（一）土地确权

土地确权工作是我国土地管理中的重要工作内容，传统的土地确权测量工作是通过地面工程测量实测方式绘制地形图或者通过传统载人飞机航测地形图。但是，传统的测量方式需要耗费大量的时间、人力、物力，并且测量的精确度无法保证。和传统方式相比，利用无人机进行航空摄影测量具有性价比高、操作便捷、自动化程度高、精确度高、智能化程度高等多种优势[4]。将无人机技术应用在农村土地登记确权发证过程中能够为这项工作带来巨大便捷。其主要是运用航空摄影建模的形式对土地数据信息采集，根据所采集的数据、图像等建立高清三维模型，绘制精确的地形图，促使土地确权工作顺利开展。

（二）堆体测量

目前，我国对于堆体测量方式的选择依然停留在传统设备层面，例如全站仪、GPS等，这些方式和传统的人工测量相比已经有很大的进步，但是无人机测量技术为堆体测量带来更大的便捷，操作人员可以在实际测量前对测量路线、测量范围等进行设置，同时在空白区域设置自动收集数据，将采集的数据自动存储，数据采集完成后，将数据导入系统中，系统通过对数据的分析，生成立体三维数据模型，模型能够对堆体的体积、空间距离进行测量，甚至能够完成不规则面积的测量，并且测量精确度较高，能够为工程规划和后期建设提供可靠数据支撑[5]。

（三）路桥工程检测

路桥工程中涉及很多复杂的测量内容，例如隧道测量，实际工作难度较大，只有深入隧道内部测量才能获得精确的数据信息，这种测量方式会耗费大量的人力、物力，并且会增加工作量，还极易导致出现检测盲区，严重影响工程整体质量。但是在该项工作中采用无人机测量技术，利用无人机搭载高清摄像机和雷达检测设备，不仅能够对隧道进行全面精细化的检测，还能将收集到的数据集中在一起，自动生成三维模型，同时将模型实现存储备份，以便于随时调取。这种测量方式在保证测量数据精确性的同时，还给工作人员争取了更多的时间和精力在专业技术方面更多投入[6]。路桥工程通常工程量较大、施工难度较高，在实际施工过程中最重要且最关键的就是获取清晰、全面的图像、文件资料，这对工程的开展有积极的促进意义，能够为后期工程的实施提供强有力支撑。无人机不仅能够对数据信息进行采集，同时利用三维建模软件对工程量进行预估，便于工程队能够根据实际施工环境进行模拟，从中发现问题，探究应对措施，促使工程顺利进行。

（四）文物考古

历史文物是人类在发展过程中遗留下来的宝贵文化遗产，将无人机技术应用在文物保护方面，也能取得卓越的成效，与传统的测量方式相比，无人机测量更加精准，可以避免和文物直接接触，降低对文物的损害概率，真正起到保护文物的效果。例如在对大型古迹村落进行测量时，由于面积较大，实际测量难度较大，因此可以利用直升机进行测量，不仅效率高，而且能够根据收集的数据建立三维模型，有助于后期实现情景再现。系统能够对原始数据实现高精度和永久的保存，还可以实现文物模拟，供参观游览[7]。无人机技术还能运用在考古领域，其能够通过高速激光测量快速、精确、全面地获取物体具体信息，减少对文物的损伤。

（五）城市规划管理

城市规划地形图是城市建设、规划管理、国土资源管理等工作开展的基础地理信息资料，对城市规划建设、交通管理、社会与公众服务等众多领域的发展都有关键性作用，因此，城市规划对基本地形图的准确性有较高要求。无人机技术是城市管理规划测绘的优化方向和改革路径，这项技术已经逐渐向大比例尺地形图航空测量方向发展，其能够在最短时间内获取高质量、高精度、高分辨率的影像数据，有效弥补传统人工测量技术的不足[8]。

（六）环境监测

无人机技术能够高效、快速获取高分辨率航空影像，这项技术能够及时对环境污染情况进行监测，特别是在污水排放领域。除此之外，海洋监测、水质监测、湿地监测、固体污染物监测、植被生态等方面都可以利用无人机技术实施。在陆地上，遥感无人机可应用于险情监测，无人机可根据地形地貌、河流水势确定航线，并进行险情应急监测、滩区洪水灾害监测、水污染等突发事件。无人机技术最早就是用在应急抢险方面的，随着该技术的优化，未来在抢险救灾方面会有更大的价值。

四、无人机技术在城市测绘中的具体应用

（一）无人机技术在城市测绘中的应用要点

1.获取测绘影像资料

在使用无人机测量时，对测绘人员的技术要求较高，要求测绘人员对所测量地区的地形地貌等信息有基本了解，需要在实际测量前做好现场勘查工作，根据现场勘查的情况制定无人机飞行路线，充分确保飞行路线的合理性，在规划飞行路线结束后可以先进行试飞，对试飞中的不足和有关环节进行调试、优化，确保试飞成功无误后，正式投入测量。在无人机获取数据信息后，应该利用无人机拍摄图片信息并且使用三维影像技术实现立体模型构建，促使更加清晰、立体地呈现所测量区域图像[9]。为了促使无人机的测量作用发挥到最大，可以对无人机进行操作，促使其能够实现多角度拍摄。完成图像拍摄后需要对拍摄的图片进行分析，观察成像距离、光照等，以便后期对图像进行标准化处理。

2.测量恶劣环境

测绘工程很多时候都会遇见地理特征复杂、环境气候恶劣的情况，倘若依然采用传统的测量技术，将难以完成测绘工作，对于数据的有效性也无法保障，因此，可以利用无人机进行测量。无人机采用的是低空飞行模式，对所测量区域进行全方位航拍，同时获取相应的数据信息，对这些数据信息进行科学分析，为后期工程建设提供强有力的数据支撑，促使测绘工作顺利完成[10]。仅靠这些是不够的，还应该加大对现代化科学技术的应用，充分发挥现代化科学技术的价值，利用智能化分析系统对无人机航拍数据进行分析，有效提高测绘效率，并且保障测绘人员的安全。

3.采集数据

在利用无人机进行工程测绘过程中，首先需要保证图像识别中的节点和主机间能够进行高效通信，并且借助图像识别技术优势促进数据的采集和聚合，图像识别技术能够促进互联网数据的共享和加工，因此在进行设计时需要在图像识别要求的基础上，促使数据的时效性得到提高，需要快速、有效地采集和传输数据，便于及时定位设备的工作状态。测绘工程中利用无人机采集数据可以通过两种方法实现，分别是自动加密采集（通过无人机设备的内部系统实现对数据的保存，并且利用加密技术对信息数据进行保护，降低数据丢失的风险，只有内部人员或者拥有权限的人员才能成功读取所获得的数据，充分提高数据的安全性）、手动采集法（通过操作人员远程控制计算机，根据测绘的目的和要求进行测量，从而获得数据信息）。

4.处理测量数据

和传统的测量技术相比，无人机技术处理测量数据的效果更好、效率更高，并且能够保障所测量数据的精确度，通过大量的实践表明，这项技术的应用效果良好。例如，在矿山测量时，可以使用无人机进行测量，在保证测量数据完整性的同时能够为后期的开采工作奠定基础，利用所获取的数据信息帮助开采工作顺利开展。值得注意的是，不管将无人机技术应用在哪个领域都应该控制无人机的速度，掌握好测量范围的生态状况，并且在完成采集后的第一时间将信息反馈给专业人员，便于及时制定工程实施方案。现阶段，大部分无人机测绘中使用CCD作为感光部位，利用必要的加固装置以及电力改装，促使其能够当做稳定性较强的数码相机使用。但是感光单位也存在一定的畸变问题，导致摄像功能存在误差，为了有效解决这一问题，可以使用高性能、适应无人机拍摄的相机，加强对相关功能的优化，促使其性能更加稳定。

（二）无人机技术在城市测绘中的应用途径

1.无人机像控点布设

布点是进行无人机测绘工作需要完成的基础内容，布点涵盖控制点的测量和拍摄线路的布置。控制点测量和拍摄线路布置是保障航线科学性的重要内容，只有确保航线合理，才能促使形成的数据信息更加真实有效。在部分测绘工作中，为了促使测绘质量更高，会进行选择性、针对性测量，充分保障网络统一和配合科学，促使数据传输效果更佳。也可以利用流动站进行参数测量。在具体应用时，需要提前将无人机的设置工作完成[11]。

2.空中三角测量

一般情况下，在使用无人机测量的过程中会使用三脚架进行固定，步骤如下：首先利用空中加密测量技术，实现针对性的位置加密设置，可以设置摄像范围，测量过程中设置加密距离，以便于系统能够在面对复杂地形和恶劣气候环境时也能科学处理。其次是设置三角加密点，在应用过程中，需要完成空中三角加密点的数据测量。在整个测量过程中，系统能够根据实际情况以及区域条件对测量仪器进行调整，但这并不代表可以完全实现自动化、智能化的操作，需要在实际测量前进行人工设置，确保不同连接点更加符合地形测绘的要求。

3.无人机补测操作

无人机地形测绘需要根据设置的测量点进行操作，可以采用补测的方式实现，待实际测量区域范围和位置确定后，通过多种技术对内部参数进行调整，从而实现科学的测量和规划，对于少部分存在测量盲区的区域需要采用补测的方式满足数据获取需求。对于这部分的测量可以使用数据资料进行补充，也可以使用数据分析技术，充分保障测量结果的精确性。一旦出现遗漏或者测量数据存在疑问的区域，则需要对这部分区域重新测量，不仅能够保证测绘整体质量，还能有效避免大规模遗漏，解决人工测绘所需时间较长的问题[12]。但是利用无人机测量也存在一定的风险，所以在实际测量中需要人工辅助，对无人机测绘技术的流程和内容进行控制，降低数据精确度下降的概率。但是，过多的人工干预会导致测量结果缺乏客观性，所以为了充分保障测绘工作的合理性应该提前对相关参数进行设置，尽量降低人为干预，促使测绘工作效率和质量双向提升。

五、结语

综上所述，无人机技术属于新兴技术，在城市测绘中起到重要作用，其使用成本较低、操作便捷、适用范围广，能够满足高强度、高精度的测量要求，为我国测绘工程质量提高奠定良好基础，为城市发展建设提供强有力的支撑，相信在未来无人机技术的应用领域会更加广阔，相关功能也会得到进一步优化，为我国的发展建设提供更加坚实的科学技术支撑。

参考文献

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[11]申丹丹，杨培，苑亚丽.地理信息系统GIS在城市测绘中的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2022（34）：91-93.