无人机航摄技术在小区域地形图测绘中的应用

无人机航摄技术在小区域地形图测绘中的应用

余娅娅

广东正方圆工程咨询有限公司广东广州510000

摘要：在工程建设中离不开大比例尺地形图的应用，长期以来大比例尺地形图的测绘都采用全野外数字测图的模式进行，这种方式耗时耗力气，在人力物力投入方便也比较多。近几年无人技术的快速发展，让低空无人机航摄在大比例尺地形图的测绘得以实现，减少了人力物力，同时也减少了测绘作业人员的安全风险。本文介绍了无人机航测技术在小区域地形图中的应用实例，对所成的地形图采用传统GPS-RTK技术进行精度检查，结果是能满足相应比例尺地形图的精度要求。

关键词：无人机技术；地形图；GPS-RTK

1、无人机航摄技术及其发展

1.1无人机航摄的发展

无人机（unmannedaerialvehicle）是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。最早的无人机是在1935年“蜂后”的发明，使得无人机这项技术更具有实际价值，是近现代无人机历史上的“开山鼻祖”。2006年，影响世界民用无人机格局的大疆无人机公司成立，先后推出的phantom系列无人机，在世界范围内产生深远影响，研制的phantom2vision+还在2014年入选《时代》杂志。开启了无人机高速发展的大门，无人机技术开始应用于各行各业。

近年来地理空间信息技术取得了飞速的发展，尤其是灵动机动、具有快速响应能力的轻小型航空在最近几年迅速成长，成为航空遥感领引人注目的亮点，无人机的应用让航空遥感摄影测量在大比例尺地形图测绘中得以快速发展。

1.2无人机航摄技术

无人机航拍技术以低速无人驾驶飞机为空中遥感平台，影像传感器为任务设备的航空遥感影像获取系统；并用计算机对图像信息加工处理。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了遥感、遥控、遥测技术与计算机技术的新型应用技术。

无人机航摄系统一般由地面系统、飞行平台、传感器、数据处理等四部分组成。地面系统包括用于作业指挥、后勤保障的车辆等；飞行平台包括无人机飞机、维护系统、通讯系统等；影像获取系统包括电源、GPS程控导航与航摄管理系统、数字航空摄影仪、云台、控制与记录系统等。数据处理系统包括空三测量、正射纠正、立体测图等。

2、项目概况

本项目测量目的为获取工程水闸位置处左右范围各1.5km，上下范围各2km区域的1：2000地形图。测区范围内主要为河堤，河岸部分有居民地，其它地方以丘陵山地为主，测区内高差变化比较平缓。因项目所在位置为丘陵山地，同时测量工期比较短等相关原因，如果采用传统的人工全野外数字测图会有很多困难。首先很多地方测量人员比较难达到同时增加测量人员人身安全，其次由于树林多GPS信号被遮挡严重，视线受阻增加测量难度，工期也会相对增加。经公司研究决定采用低空无人机航测系统进行地形图测绘。

3、无人机航摄作业步骤

3.1外业像控点选取和布设

本次所需要获取地形图的地方共计面积在十几平方公里，选择测区边缘地带明显突出物的地物作为像控制点，主要选择了房角点作为野外像控点。同时采集了测区内主要地物的高程提供立体建模的高程精度，河堤的高程在本项目中相对比其它地物高程的精度要求高，为主要采集对象，保证了地形图的高程精度。本次外业像控点及其它平高控制点的数据采集均采用GPS-RTK手段利用CORS网络测量其坐标和高程。

3.2现场环境判断和航飞

a.判断天气条件，天气的好坏直接影响到航拍测量的效果，本次航拍天气晴朗，光照和空气能见度比较好。

b.测定现场风速，到达航拍测量的现场之后，测定风速。本次采用的是固定翼大型的飞机，飞风能力都在5级左右（9米左右），航拍时实测地面风力为微风，测得最大的风速为6米/秒。

c.架设弹射架，弹射架一般逆风架设主要是为了保证飞机起飞平稳。

d.架设电台，电台用于地面站和无人机之间的通讯。

e.飞机起飞前检校（由软件自动进行）

f.起飞，飞机情况监测

g.获取影像，飞机降落。

因为本次测区面积比较小，航飞的飞机为固定翼大型的飞机，续航时间能达到2个小时，总计飞了一个架次大大缩短了外业作业的时间。

3.3飞行质量检查

飞行结束后将飞行的数据进行相关检查，检查的项目主要有：航向重叠度、航线间隔及旁向重叠度、像片倾斜角、像片旋角、像片倾角和像片旋解不应同时达到最大值、保证全摄区无航测漏洞，航向超出摄区范围不少于两条基线，旁向覆盖超出摄区边界线一般应不少于像幅的50%。

3.4影像质量

影像应清晰，层次丰富，反差适中，色调柔和；能辨认出与地面分辨率相适应的缩小地物影像，能够建立清晰的立体模型。影像上无云、云影、烟、大面积反光、污点等缺陷，虽然存在少量缺陷，但不影响立体模型的连接和测绘，可以满足线划图测制要求。

4、无人机测绘地形图精度比对

采用GPS-RTK手段对低空无人机航测系统得到的地形图的平面精度和高程精度进行检查，GPS-RTK采用的控制起算点和航测地形图像控点一致。抽取的特征点包括房角点，台阶点、道路边线点、围墙角点、码头角点、吸水口坐标，所抽测的点分布在测区范围各个位置。共抽取平面精度检查的地物地貌点共计157个，高程精度检查共计39个点，最大差值的为一个房角点。平面位置差值最大值为0.962m，高程差值最大值为0.6m，无人机航拍系统立体测图的平面精度和高程精度都满足规范1：2000比例尺测图的要求。

5、无人机航测特点

由于航空遥感平台及传感器的限制，普通的航空摄影测量手段在获取小面积、大比例尺地形数据方面存在成本高、性价比差等问题。具有低成本和机动灵活等诸多优点的低空无人机遥感能在小区域内快速获取高质量遥感影像，本次项目应用了低空无人机航测技术进行立体测图，要不然就只有采用传统的全野外数字测图方式，这将大大增加公司测绘人员和测绘仪器设备的投入，在人力物力上都同时增加，项目成本也相应提高，在规定的工期内这将是一个无法完成的任务，低空无人航测技术让本项目在规定的工期内保质保量的完成了相应的工作内容。归纳起来无人机航摄技术有如下特点：

（1）无人机可以超低空飞行，可在云下飞行摄影，弥补了卫星光学遥感和浦亭航空摄影经常受云层遮挡获取不到影像的缺陷。无人机航拍测绘具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点。

（2）由于低空接近目标，因此能以比卫星遥感和普通航摄低少的代价得到更高分辨率的影像；同时不用租赁起飞和停放场地，可以无需机场起降，因而灵活机动，适应性强，容易成为用户自主拥有设备。

（3）起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，转场等非常容易。小型轻便、低噪节能、高效机动、影像清晰、轻型化、小型化、智能化更是无人机航拍的突出特点。

6、结束语

无人机航测技术比起全野外数字测图而言，无人机航测方法具有周期短，效率高，成本低等特点。在获取小区域范围内地形图方面有相当的优势是一项利国利民的测绘科学技术。同时现在无人机航测技术在测绘中应用广泛，它将十分有利于有关部门及时掌握所需动态地理信息，促进创新测绘服务模式，积极推动国民经济社会信息化，从而保障经济社会健康快速地发展。

参考文献：

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[2]无人机航测系统可行性分析《百度文库》

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[5]韩杰，王争，无人机遥感国土资源快速监察系统关键技术研究，《测绘通报》，2008年02期