数字化地形测量中无人机航空摄影测量技术应用

数字化地形测量中无人机航空摄影测量技术应用

黄跃钊

广东省国土资源测绘院

摘要：本文主要对数字化地形测量中无人机航空摄影技术优势及系统构成进行了阐述，并对数字化地形测量中无人机航空摄影测量技术应用进行了探讨，以供同仁参考。

关键词：数字化地形测量；无人机航空摄影测量；技术优势，系统构成；技术应用

一、前言

数字化地形测量工作是当前我国地理信息测绘重要的一项工作，它能够为我国的地形测量提供极为准确的数据，从而更好的指导相关工作的开展。数字化地形测量要求测绘部门，要具备更加先进化的测绘手法，如此才能使得整项测绘工作开展的更加顺利，显然以往传统的测绘技巧，是难以满足数字化地形测量实际工作效率的需求，正是在这样的前提条件之下，无人机摄影测量应运而生。无人机航拍摄影主要利用无人驾驶飞机来进行高空拍摄，通过先进的遥感设备来收集信息，例如分辨率较高不同种类相机、红外线扫描仪、 激光扫描仪、 磁测仪等，将图像信息传送到计算机上并将信息统计处理从而制作成具有一定精度的地形图像。无人机航空摄影测量技术具有更突出的设计和最优化组合方式，是将高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理技术集成为一体的新型应用技术。下面就对数字化地形测量中无人机航空摄影技术优势及系统构成进行了阐述，并对数字化地形测量中无人机航空摄影测量技术应用进行了探讨，以供同仁参考。

二、无人机航空摄影测量技术优点

（1）可靠性。无人机为低空飞行，飞行高度在 50~1000m，属于近景航空摄影测量，摄影测量精度达到了亚米级，精度范围通常在 0.1~0.5m，符合数字化地形测量的测图要求。系统的设计目标是：在执行航拍任务之前，按照作业需求自动完成飞行计划的制作，包括飞行路线和航拍点的布设等；飞行过程中，实现拍摄作业的实时可视化操作，动态显示的项目包括当前拍摄点的位置、相幅覆盖范围、 飞机当前飞行方向、飞机当前经纬度坐标以及海拔高度等，以辅助操作人员高质量地完成飞行及拍摄任务；飞行作业完成之后，可以在电子地图上重现飞行过程、分析漏拍和不符合重叠率要求的区域，迅速找出需要补拍的区域，必要的时候可以根据分析结果立即进行补拍。

（2）安全性。我们国家面积辽阔，地形和气候复杂，很多区域常年受积雪、云层等因素影响，导致卫星遥感数据的采集受一定限制。传统的地形测量手段受云层和地形的影响，容易出现误差，且对地质科研人员和驾驶人员还有一定的危险， 在边境地区也存在边防的问题。而无人飞机就很好的解决了这些问题。不受航高、 地形地貌限制，成像质量、精度都远远高于人驾飞机航拍和地质科研人员的测量。

（3）灵活性。同传统的测量工作相比，无人机摄影测量技术具有极高的灵活性，主要体现为：第一，无人机设备在航拍过程中大多采用低空飞行的模式，在飞行地域的申请工作上较为方便，同时，它受气象因素的影响较小，能在实际测绘过程中保持较高的测量精度；第二，无人机设备的起飞和降落过程对场地要求较小，在实际操作中可仅仅依靠一段平坦的路面就可以实现起飞和降落；第三，利用无人机进行航拍摄影工作，无需估计人员的自身安全，使工作人员可以将更多的精力投放到人工低于探测工作中来，因此，无人机摄影测绘技术凭借其灵活性高的特点，大大提高了数字化地形测量工作的效率。

三、无人机摄影系统构成

无人机摄影系统是以无人驾驶的飞行器作为其飞行平台，在飞行平台上安装传感器(遥感设备)，具有高分辨率。 摄影平台兼具 GPS 导航系统﹑自动测速系统﹑远程数控系统以及监测系统，如图 1所示。

无人机在执行外业任务时，其数据采集主要依靠硬件系统来实现。而硬件系统主要包含两个方面，即摄影飞行平台与地面站。其中摄影飞行平台包括机体﹑摄影﹑飞行控制和通讯四个系统，而地面站包括通讯﹑任务以及监控三个系统。详见如图 2。

四、数字化地行测量中无人机摄影测量技术应用

（1）航空摄像测量控制的测量像片。一般情况下，可以利用航空拍摄测量技术测量一些特殊地段的地形状况。其中像片控制测量技术十分重要，主要可以将利用像片控制技术拍摄到的部分图像数据与 GPS 系统中的位置信息相互结合，两部分数据相互结合会更加精确，利用此数据通过计算机运算航空拍摄资料与 GPS 测量数据间的关系，再经过计算机处理可以获得该地区真实可靠的地形地貌信息， 在一些复杂的特殊的场地，可以记录下所获得的影像情况以便以后方便使用。在进行航空摄像测量时，合理选择和利用控制点十分重要，将这些控制点联系起来，可以形成特殊的分布和设置情况，得到分布和设置情况之后，通过 GPS 导航系统进行测量，可以实现对需测量的像控点控制区域的地形进行更为精准、全面的测量。

（2）无人机地形图绘制技术。无人机摄影测量技术是目前我国在进行数字化地形图测量工作中，采用较多的一种较为流行和先进的航空摄影测量技术。同其他航空摄影技术相比，无人机摄影测量技术所获得的地形图具有高清、全面性以及大比例等显著优点，因此在对水库以及河流进行摄影测量工作时，无人机摄影技术就显得尤为重要。无人机摄影测量技术在绘图过程中的优点还体现在，由于无人机自带摄影工具，所以当无人机设备完成了预定路线的飞行之后，技术人员就可以对其飞行路径进行充分的观察，并将获得的地形信息同具体地形图数据参数进行比对，以此来确定无人机所获得数据的有效性和实用性，如果获得信息不足，则可以重新拟定路径启动无人机补拍，直到获取的数据满足测量工作的要求。利用无人机摄影技术能更加快捷、准确、全面的获取测量工作的所需数据，并能及时根据需要对地形信息进行补拍与核实，提高了数据分析工作的准确性、及时性与科学性。

（3）外业补测的操作。用航空摄影技术测量区域地形特征时，有一些地形结构、死角或隐蔽的地理位置，这些都不是航空摄影测量的。工人应该在实地测量。为了检验航空摄影测量结果的准确性，将测量结果的一小部分与测绘成果进行了比较。利用测量比较发现的误差和校正面积或地形难以测量的一些较细微或补充的测量值，然后比较结果，找出测量误差，从而保证测量结果的准确性。
（4）内业数字化测图（DLG）制作。数字化地形测图主要步续为：航空摄影测量空三加密作业。外业主要负责像片控制点联测、像片调绘和综合法测图。内业的密测图控制点是以像片上的控制点作为基础，通过空中三角测量的方法，从而推求测图的控制点、平面坐标及高程。测绘地物地貌。主要作业是全野外调绘后测图和内业负责判断测图。外业负责对照、补测及补调两种测图。测绘接边和结束。仪器在测绘地物地貌时，应该与已描图进行接边。每幅图在对测完以及检查完之后才能够从仪器上取下。

五、结语

综上所述，无人机航空摄影测量技术作为一种明显优于传统测绘技术的新技术，具有机动灵活，操作简单，影像分辨率高、精度高，时效性强和性价比高等特点，并已经成为测绘领域广泛应用的一种新技术。无人机航空摄影测量在城市地形图测绘中的应用，可进行三维数字建模，为城市规划提供高分辨率测绘产品，为城市应急任务提供所需的测绘资料，对城市重点区域进行动态监测。

参考文献

[1]卢晓攀.无人机低空摄影测量成图精度实证研究[D].中国矿业大学，2014.

[2]罗先权，罗甫.无人机航摄系统在大比例尺成图中的应用[A].重庆工程师论文集[C].2014： 6.

[3]姚俊岭.无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用探讨[J].工程建设与设计,2018(4):267- 268.