无人机航空摄影测量技术在复杂带状地形测量中的应用

摘要：文章探讨了无人机航空摄影测量技术在复杂带状地形测量中的应用及面临的挑战，并提出改进措施：加强操作人员培训、使用更先进的导航和稳定系统、优化数据采集策略以及设计更高效的飞行路径。希望通过这些改进措施，能够提高无人机航空摄影测量的准确性和效率，为我国地形测量事业及相关领域的研究提供更多可靠的理论支持，推动我国无人机航空摄影测量技术的进一步发展以适应复杂地形测量的需求。

关键词：无人机；航空摄影测量；复杂带状地形；改进措施；应用策略

中图分类号：TP3 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）32-0126-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

随着社会经济的快速发展以及城市化进程的不断加速，城市建设规模持续扩大，对土地资源的需求也随之日益增长。在土地资源有限的大背景下，如何迅速且高精度地开展地形测绘工作，已成为测绘行业亟待解决的重要课题。无人机航空摄影测量技术，凭借其高效与灵活的特性，已然成为现代测绘领域中不可或缺的重要工具，被广泛应用于土地规划、环境监测等诸多领域。尤其在地形测量方面，无人机能够迅速捕获地面信息，为各类工程项目提供至关重要的数据支撑。然而，复杂带状地形的测量工作对无人机技术提出了更为严苛的挑战。这类地形往往具有地势起伏大、植被覆盖率高等特征，传统测量方法往往难以有效应对。尽管无人机技术在此类地形测量中已展现出巨大的应用潜力，但在飞行稳定性、数据获取等方面仍面临诸多挑战。因此，本文将深入剖析无人机航空摄影测量技术在复杂带状地形测量中所存在的问题，并据此提出相应的改进措施。

1 无人机航空摄影测量技术在复杂带状地形测量中的应用

无人机航空摄影测量技术在现代测绘领域，尤其是复杂带状地形测量中，正发挥着愈发关键的作用。传统地形测量方法在面对复杂带状地形时，往往因地形起伏、植被遮挡等多重因素而受限，导致测量难度大、效率低下[1]。相比之下，无人机航空摄影测量技术凭借其高度的机动灵活性、较低的成本及高效的工作特性，为复杂带状地形测量带来了全新的解决方案。

1.1 无人机航空摄影测量技术的应用背景

无人机作为一种集成了传感器、微型计算机、遥感系统以及数据采集与处理等先进设备的高科技飞行平台，在民用及商业领域均展现出了广泛的应用前景。随着无人机技术的不断革新，特别是在飞行控制、传感器集成以及数据处理等方面的显著进步，无人机航空摄影测量技术在地形测量领域的应用正日益拓展[2]。该技术巧妙融合了航空摄影的高精度与无人机的灵活便捷性，能够迅速且准确地捕获复杂带状地形的地面信息，从而有效突破了传统测量方法的诸多局限。无人机能够轻松跨越障碍物，抵达人员难以触及的区域，并获取高分辨率的影像数据，为工程设计、环境监测等领域提供了坚实有力的数据支持。

1.2 复杂带状地形测量中无人机技术的重要性

无人机低空作业的特性，使其能够搭载轻型遥感系统，实时获取高分辨率影像数据，并运用数字化技术高效处理、分析和存储这些数据，为地形图测绘提供了便捷手段。无人机航空摄影测量的应用显著提升了测绘精度，尤其是平面精度和高程精度。对于复杂带状地貌，如峡谷、河流、山区道路等，传统测量因地形崎岖、交通不便而面临挑战，而无人机技术的引入则有效解决了这一难题。与传统测量方法相比，无人机航空摄影测量技术具有更高的安全性和效率，能够轻松飞越障碍物，到达人员难以抵达的区域，快速获取大范围、高精度的地面数据，降低了外业测量风险，提高了工作效率[3]。此外，通过搭载高分辨率相机和传感器，无人机航空摄影测量技术能够获取地形的精细三维模型，为灾害预防、工程设计等提供高精度数据，对复杂地形的规划和开发具有重要意义。同时，该技术成本低、效率高，能够在短时间内完成大面积测量工作，降低人力和时间成本，提高整体经济效益。并且，其强大的数据处理和分析能力，可借助先进算法和软件将原始数据快速转换为高精度、高现势性的地理信息产品，进一步提升了测量的价值和实用性。

2 复杂带状地形测量中无人机航空摄影测量技术面临的挑战

2.1 无人机飞行稳定性问题

量中展现出诸多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，复杂地形的起伏和不规则性会引发气流和风向的变化，进而影响无人机的飞行稳定性。特别是在峡谷、山区等地形环境下，强烈的湍流和侧风可能导致无人机颠簸、偏离预设航线，甚至引发安全事故。无人机的飞行稳定性直接关乎测量数据的精度，强气流可能导致无人机搭载的传感器产生误差，降低获取的影像数据质量，从而影响后续的数据处理和分析结果。此外，不稳定的飞行状态还可能导致无人机失控或坠毁，带来经济损失乃至安全隐患。

2.2 数据精度与处理效率问题

复杂多变的地形环境会对无人机数据采集造成干扰，如地形遮挡、光照条件变化等，这些都会影响数据采集的精度。特别是在植被茂密或建筑物密集的区域，无人机获取的影像数据可能会出现遮挡、阴影等问题，导致数据缺失或失真，进而影响测量结果的准确性。此外，复杂带状地形测量通常涉及大量数据，对数据处理的效率和精度提出了更高要求。传统的数据处理方法难以满足实时性需求，尤其在灾害监测、紧急救援等需要快速响应的场景下，可能会影响决策的及时性和有效性。

2.3 无人机的续航能力有限

无人机的续航能力至关重要，它关系到覆盖的测量面积和持续工作时间。然而，在实际应用中，无人机的续航能力往往成为限制其应用的一大难题，特别是在复杂带状地形的测量中。由于地形起伏、环境复杂，无人机需要消耗更多时间和能量来应对这些挑战，从而进一步缩短了其续航时间。而且，无人机的续航能力有限会引发一系列连锁问题，比如限制无人机单次飞行的测量范围。在复杂带状地形中，如果无人机的续航能力不足，可能无法覆盖整个需要测量的区域，导致需要多次起飞，这不仅增加了操作的复杂性，也降低了测量效率[4]。在灾害监测或搜救行动中，如果无人机的续航能力不强，可能无法在关键时刻提供持续支持。一旦无人机因电量耗尽而中断飞行，可能会导致数据传输不完整，进而影响后续处理。

2.4 无人机航空摄影测量操作人员素质参差不齐

随着无人机技术的普及，如今越来越多的人开始涉足这些领域，但并非所有操作人员都具备完备的专业知识及高超的操作水平。部分操作人员可能仅经过简单培训，这致使他们在面对复杂地形测量时，难以作出准确判断并采取有效操作[5]。专业的操作人员能迅速完成测量任务，而缺乏经验的操作人员则可能需要更长时间来熟悉整套设备的操作流程，进而降低整体工作效率。在复杂带状地形的处理过程中，无人机的精准操控是避免碰撞和坠毁的关键，但若操作人员欠缺此类经验或技能，就可能引发飞行事故，甚至造成设备损坏或人员伤亡。

3 改进措施

3.1 使用更先进的导航和稳定系统

为提升无人机在复杂带状地形中的飞行稳定性及导航精度，我们可以使用更为先进的稳定系统与导航系统。这些系统融合了最新的GPS、GLONASS、Bei⁃Dou等多系统定位技术，能够提供更精准的位置信息及飞行轨迹。在导航方面，引入实时动态差分定位（RTK） 技术可显著提升定位精度，有效减少因地形复杂而产生的定位偏差。RTK技术通过接收来自地面基准站的差分信号，实时修正无人机的位置信息，从而确保无人机能够沿预设航线精确飞行。在稳定系统方面，可采用先进的惯性测量单元（IMU） 及陀螺稳定平台，这些技术能有效抵消风力和气流对无人机飞行的影响，保持摄影设备的稳定，从而拍摄到清晰、准确的影像。此外，自适应飞行控制系统能够根据实时环境数据调整飞行姿态，进一步提升飞行的平稳性与安全性。

3.2 优化数据采集策略

数据采集是无人机航空摄影测量的核心环节，优化此过程能显著提升测量的准确度和效率。应依据复杂带状地形的特性，合理规划无人机的飞行路线，预先分析地形数据，以选取最优的飞行高度、速度、航向等参数，确保无人机能高效且安全地完成任务。对于数据采集的密度和频率，需进行更精细的调整：在关键区域或地形变化复杂、特征点丰富的地带，可增加数据采集密度，以获取更多细节信息；而在地形相对平坦、特征不明显的区域，则可适当降低采集频率，以节省存储空间并减少飞行时间。此外，还可采用多光谱高分辨率相机等先进设备，捕捉如植被覆盖指数、地形高度等多维度数据，这些数据对后续地形模型分析至关重要。除了飞行策略的优化和硬件的更新，软件算法也是无人机航行的关键。通过引入先进的图像处理技术，如深度学习算法，可自动识别并提取地面特征，减少人工干预，提高数据处理的自动化水平。同时，定期的设备校准和维护也是确保数据采集质量的重要环节，无人机及其搭载的摄影设备需定期检查和调整，以保持最佳工作状态。

3.3 设计更高效的飞行路径，减少无效飞行时间

为减少无效飞行时间，需设计更有效的飞行路径。这要求我们深入分析测量区域的地形特点和数据需求，据此制定更合理的飞行路径。在复杂带状地形中，应避免无人机进行多次爬坡和俯冲动作，以减少能量消耗并确保飞行安全。可利用先进的飞行规划软件，基于地形高程模型（DEM） 和正射影像图（DOM） 等数据，智能生成最优飞行路径。这些软件会综合考虑地形起伏、障碍物分布及测量精度要求等因素，确保无人机以最高效的方式完成测量任务。在确保测量精度和数据质量的前提下，可适当提高飞行速度以缩短整体测量周期。合理调整飞行高度，既能避免飞行过低增加碰撞风险，又能防止飞行过高导致数据分辨率降低。

3.4 加强操作人员的培训和技能提升

应建立一套统一的操作人员培训和技能提升体系，该体系应涵盖基础理论知识学习、实际操作演练及应急处理能力培养等多个方面。通过系统性的课程安排，确保操作人员全面掌握无人机航空测量技术的基本知识和操作要领。在培训过程中，应重视理论与实践相结合的教学方法，除了传授基础知识外，还应增加模拟飞行和实际操作等实践性强的教学环节。这样不仅能加深操作人员对理论知识的理解，还能让他们在实际操作中不断运用所学知识，提升应对复杂情况的能力。此外，应定期开展技能考核测试和竞赛活动，以激发操作人员的学习热情并检验他们的学习成果。通过设定明确的考核标准和奖励机制，激励操作人员不断提升技能水平，同时纠正操作中的不足。除了基础技能提升外，还应注重培养操作人员的创新意识和问题解决能力。在面对复杂地形测量任务时，他们可能会遇到许多挑战性任务，因此需要灵活运用所学知识，创造性地解决新问题。

4 结束语

随着科技的不断进步，无人机航空摄影技术已在地形测量中发挥着越来越重要的作用。从无人机航空摄影测量的基本原理出发，我们可以分析出该技术在处理复杂带状地形测量时的明显优势和所面临的挑战。针对当前存在的操作人员素质参差不齐、导航和稳定系统性能不足、数据采集策略不合理以及飞行路径设计不够高效等问题，已经提出了一系列具体的改进方案。这些方案涉及人员培训、技术升级、策略优化和路径设计等多个方面，旨在全面提升无人机航空摄影测量的整体性能。期望通过这些改进方案，能够显著提升无人机航空摄影测量的精准度和效率，为相关领域提供更加可靠的理论支持。未来，随着无人机技术的不断进步和相关算法的逐渐完善，我们有理由相信，无人机航空摄影测量技术将在地形测量领域发挥越来越重要的作用。同时，我们也应认识到，技术的创新和应用需要不断地实践和探索。因此，我们期待未来有更多的研究者和实践者加入这一领域，共同推动无人机航空摄影测量技术的发展，为社会的可持续发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 李明军，于洋，米庆宇.无人机航空摄影测量技术在地形图测绘中的应用[J].科学与信息化，2023（16）：55-57.

[2] 王鹏飞，刘会芬.试析无人机航空摄影测量技术在矿山储量监测中的具体运用[J].中国金属通报，2023（6）：216-218.

[3] 李阿娜.无人机航空摄影测量技术在地形图测绘中的应用探讨[J].西部探矿工程，2023，35（5）：121-123.

[4] 张明.无人机航空摄影测量技术的应用分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2023（9）：124-127.

[5] 刘建军，宋利奎，刘亚青，等.无人机航空摄影测量技术在大比例尺数据获取中应用[J].信息记录材料，2024，25（1）：182-184，187.

【通联编辑：代影】