无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用李北方幸响洪沈映政

无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用李北方幸响洪沈映政

李北方幸响洪沈映政

云南国土资源职业学院云南昆明650217

摘要：无人机作为一种新式的飞行设备，在我国现代化数字信息工程建设中的很多领域上都得到了广泛的应用。它是通过具有高分辨率的数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪等机载遥感设备获取相关数据信息的，再用计算机对图像信息进行处理，并严格按照一定的精度要求制作成图像。

关键词：无人机；摄影测量；地形测量

1无人机摄影测量系统的组成

无人机摄影测量系统由无人机摄影测量的软件、硬件两部分组成。硬件系统包括无人机、机载系统和监控系统。其软件系统主要包括航线设计、飞行控制、远程监控系统、航空摄影检查以及数据预处理等五部分，可以说无人机摄影测量系统的软件系统不但实现了快速设计航线、航摄覆盖检查、数据实时传输，而且还有效地解决了程控平行飞行和程控姿态稳定的难点。无人机摄影测量系统的飞行平台是无人驾驶飞行器，具有高分辨率的遥感设备作为记载传感器，低空高分辨率遥感数据作为应用目标，主要用来快速获取及处理地形数据。

2无人机摄影测量的特点

2.1无人机摄影测量的优点

一直以来航天遥感和航空摄影测量在大面积地理信息获取方面都占有最主要的地位，但是在一些地形复杂、面积小、分辨率要求高的地区却无法取得较好的效果。直到无人机在低空遥感领域得到运用，这种情况才得以改变。无人机摄影测量作为一种新的测量技术与方式，在一些特定的环境中拥有广阔的运用前景。无人机摄影测量具有以下优势：

（1）低成本

无人机遥感测量系统相比于航空、航天遥感等而言成本低廉。无人机的研制费用、生产成本和后期维护成本较低，操作人员培训的费用较低，执行作业任务时的成本较低

（2）灵活快速，任务周期短

无人机机动灵活，起降所需空间较小，不需要到特定的机场；体积小，便于运输到制定的测绘地区；升空时间短，操作简单，可以迅速的进行摄影测量的作业任务。

（3）分辨率高

无人机飞行高度低，飞行高度一般在云下飞行。搭载了精度较高的数码相机作为航拍设备，获得影像空间分辨率可以达到分米级。能够运用于高精度的大比例尺地形图测绘。此外，无人机摄影还有倾斜摄影能力，能够从不同角度得到被测物的影像信息，弥补了航空摄影测量高层建筑物的遮挡问题。

（4）受天气和地形的限制因素小

无人机飞行高度低，在云层下飞行，除非遇到雨雪和大风天气，即使在光照程度较低的阴天，也可以进行摄影测量任务。无人机可以通过无线电设备进行远距离遥控，在有毒地区、重度污染或者地质灾害地区，无人机遥感系统都可以正常的完成航测任务。

2.2无人机低摄影测量的缺点

无人机摄影测量技术由于其独特的优势，近年来发展迅速，在地质灾害探测、新城镇和新农村规划以及特殊环境监测等方面发挥了重大作用。但是与传统的航空大飞机摄影测量技术相比，还有许多不足之处：

（1）影像像幅偏小，数量多

无人机摄影测量系统采用的航拍设备为非测量型的数码相机，像幅较小，同时由于无人机飞行高度较低，每幅照片的覆盖范围小，使得所需要拍摄的像片较多，在某些测区，甚至需要拍几千幅像片

（2）姿态稳定性较差

无人机体积小，机动灵活，但是同时由于惯性较小，因此更容易受到气流的影响，造成俯仰、侧滚和航偏角等姿态角的变化加剧，不仅使得所拍摄的照片倾斜角较大，而且还导致航飞轨迹不规整，像片的重叠率不一致。

（3）像片畸变较大

目前市场上主流的专业量测相机如美国与德国开发的ADS40以及中国的SWDC-4数码航摄仪等不仅价格十分高昂而且体积大，重量一般都达到几十公斤以上，远远超过了无人机的载重。无人机遥感系统搭载的摄影设备为非测量型普通数码相机，存在镜头畸变等问题，是的拍摄的像片产生像点位移和形变等问题。需要在航拍前进行检校，解算出数码相机的内参数和镜头畸变系数。

3无人机航拍技术在测量的应用

在工程中利用无人机航空摄影技术进行测量时需要先对需要测量的区域进行划分和界定，同时在无人机起降点预留足够的空间供无人机起飞和降落使用，只有做好了这些准备工作，后续的测量工作才能顺利开展，测量的结果的准确性才能够有所保障。

3.1规划航线与测量范围

一般情况下，无人机的飞行时间都不会超过1h，再加上无人机的起飞和降落的时间，留给拍摄的时间不会超过50min，因此，必须要控制好航拍时间，防止无人机因能源耗尽发生坠机事故。在保证拍摄质量的情况下，想要将拍摄时间控制在50min内就必须要规划好航线。同时，为了航拍数据的完整与测量结果的全面、准确，需要对整个工程区域内需要进行测绘的地区进行规划。在当前的工程中，最常见的方法是将需要进行测绘的区域划分为两边等距的、长条状的小型区域，并在划分后的区域的4个角上分别放置特定的标记，然后再根据工程中选用的无人机的飞行时间、航行距离以及飞行速度等因素规划整个航拍的路线，设计航拍的流程。

3.2建立测量区域控制网

为了能将测量测绘工作进一步细化，需要建立测量区域控制网。以前，某市的电力工程中曾用到了无人机航空摄影测量技术。首先需要根据测量得到地图的规格建立规模与之相当的控制网，并在该控制网的涵盖范围内设置好GPS坐标点，以此为依据建立三维坐标系，将该区域中各个点的方位用坐标系内的坐标点表示出来，从而降低后期的数据处理的复杂度。在这个过程中必须要注意的是核对好各点的坐标，确保无人机航路的正确合理，从而提高航拍的效率。

3.3无人机航摄影像数据处理

无人机航摄影像数据处理的完整流程，如图1所示。

（1）影像比例纠正（CCD畸变系数β）

与影像的坐标不同，相机坐标测量需要提前纠正影像的畸变差。而需要进行纠正的相关参数包括主点坐标（I0，J0），对称畸变的参数（K1，K2），非对称畸变的参数（P1，P2），CCD非正方形比例系数α以及CCD非正交性畸变系数β。

（2）DEM数据匹配（正射影像）

生成测区地表的DEM是模型实现DOM的基础，该影像处理流程如图2所示。通过对该模型进行正射投影，即可实现DOM。就目前来看，在这一环节的处理中PixelGrid软件是应用最为广泛的处理软件。由于PixelGrid软件能够自动进行采集与匹配那些拥有多模型、多重叠特征的DEM栅格数据，能够有效地确保测区上方DEM点位全部切准地面的特性。勘测单位可以将一个测区作为一个单位，这样创建的像对正射影像，就是整测区像片生成正射影像，这也是该软件应用如此广泛的重要因素之一。

图2无人机影像处理流程

4结语

无人机航空摄影测量技术是一种借助无人机，对待测区域进行全方位航空拍摄，获取该区域的地形信息从而达到测量目的，为后续的测绘工作提供可靠的数据信息支持的新型测量技术。相比较传统的航拍测量技术，无人机航拍测量技术更加迅速、准确、成本更低、灵活性更好、安全性更高。基于这些优点，该技术在今后工程测量中会得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]李晴晴.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用[J].电脑知识与技术,2013,35:8098-8099+8101.

[2]桂新,祝红英.浅析无人机航空摄影测量系统及应用[J].江西测绘,2015,02:2-3+7.

[3]徐生望.无人机测量技术在地形测量方面应用前景探究[J].建筑知识,2016,01:284.