无人机航空测量技术在地形测绘中的应用

无人机航空测量技术在地形测绘中的应用

马兴佳

辽宁方大测绘科技有限责任公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要：近几年，我国经济社会发展速度非常快，很多领域对于地形图有着较高的需求，地形测量比较常见的方式就是通过GPS联合全站仪展开野外测量工作，这种方式工作效率较低、成本较高，如果选择应用载人大飞机方式进行航测，申请空域流程麻烦，风险也比较高，相对来说不具备明显的优势。除了上述两种方式，应用无人机航空飞行测量技术可以消除其中的缺陷，且具备精度高、速度快、成本低、工作简单、成图精度高等优势，尤其是中小区域内地形测量有着非常明显的优势，并且展现出非常重要的作用。本文重点分析无人机航空测量技术在地形测绘方面的应用，总结优缺点，希望可以促进无人机航测领域的发展。

关键词：无人机；航空摄影；形图测绘；优势

1 引言

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，伴随自然资源部在全国范围大规模开展实景三维测绘工作，该技术已在国内得到广泛应用。低空无人机倾斜摄影技术以无人机飞行平台为载体搭载专业型航摄系统，结合POS采集系统以及高精度导航和精准飞行技术，可实现三维数据的高精度、高效率采集，通过数据后处理，可生产出高精度、满足工程应用要求的4D产品。

2 无人机倾斜摄影测量技术分析

无人机倾斜摄影测量技术要满足项目需求，需配备稳定性高的无人机，包括长焦距、宽视场角、像素高的倾斜相机、航空摄影测量技术方法和数据处理软件等。1）测区资料收集。主要包括现有地形图、设计线位图、控制点和测区附近环境信息等。2）初步航线设计。根据规划红线和卫星影像进行初步设计，确定航摄参数。3）像控点预先布设。基于卫星图预先布设像片控制点，有利于现场快速布标，提高外业效率。4）现场踏勘。现场核验确定测区最高点，作为安全飞行高度的参考依据。5）像控点实地布设与测量。在现场布设像控标志，采集坐标数据。6）航摄参数调整。根据现场情况，适当调整航摄参数，以满足项目需求和避免安全风险。7）飞行作业实施。实时检查无人机各项参数，一切正常后开始作业。8）数据整理与检查。对原始像片数据、POS数据与像片控制点数据进行整理，并检查其完整性。9）空中三角测量。解算出原始像片的内方位元素（像主点和主距）和外方位元素（位置和姿态）。10）实景三维模型构建。在空三精度满足要求的前提下，进行实景三维模型构建。11）模型精度检查。基于实景三维模型量测检查点平面坐标与高程，进行精度评价与分析。

3 无人机航空测量技术在地形测绘中的应用

3.1 无人机调试

（1）运行调试，根据实际无人机机型特点、控制状态，开展相应的调试操作，保证最终结果的准确性。（2）计算产生的误差，该类操作可通过相关软件应用进行，通过地形地貌图校准无人机运行坐标。（3）实际飞行作业工作执行前，应检查无人机电池所剩电量，如果存在电池电量不足问题，应立即进行充电处理，避免对后续的作业产生影响，以维护主体作业的完整性。

3.2 复杂环境的应用

传统的测量技术在对环境比较恶劣的地区进行测绘工程测量时，很难发挥它的全部作用。测量过程中，在进行单一的航空拍摄时，不仅要考虑云层，还要对其地势、地形进行全面考察，运用传统测量技术难以完成。但无人机遥感技术在工程测量中的运用，能够克服因其地理环境的复杂带来的局限性，无人机遥感技术能够对所有的山川河流、不同的地理环境全面展开相关测量工作，进而促使整个工程的成像精确度提高。无人机遥感技术不仅能对平原大川展开较好的测量工作，还能够精确拍摄环境相对恶劣的山区，这是传统测量技术所达不到的高度，很多之前无法克服的难题无人机遥感技术都能够做到有效破解，并且能高效保障整个测绘工程顺利完成。无人机遥感技术在运用过程中成本低、安全性高，在测绘工程中颇受青睐，并得到广泛推广。

3.3 航飞影像数据采集

（1）地面分辨率：确定摄区航线飞行高度时根据精度要求保证基准面上的GSD（地面分辨率）。（2）分区划分：根据测区地形及建筑分布，划分测区区域。①测区内同一分辨率区域，统一划归为同一类型区域，海拔高差较大则单独划分区域；②同一类型区域中，根据测区各区域分散度，划分地物类别，单个连续区域可划分单个测区，若多个不连续区域，之间距离为1~1.5倍航高，则可全部划分为一个测区；③根据地物类别，连续大片的植被区域、农田区域、山地区域、非带状水面区域，可各划分一个分区；④根据不同比例尺要求和不同采集设备确定采集分区。（3）航线设计。依据《低空数字航空摄影规范》5.2.3要求确定基准面高程，并按照规范要求进行航线设计。各摄区内航线应尽量沿东西方向布设。（4）飞行质量。航向重叠一般应为60%～80%，旁向重叠一般应为15%～60%，像片倾斜角一般不大于5°，像片旋偏角一般不大于15°，在一个摄区超过15°的像片数不应超过摄区总像片数的10%。航高保持，同一航线上相邻像片的航高差不应大于30m；实际航高与设计航高之差不应大于50m。摄区边界覆盖保证：航向覆盖超出摄区边界线应不少于2条基线。旁向覆盖超出摄区边界一般不少于像幅的50%。

3.4 空中三角测量

为了还原每张像片的真实空间位置和姿态，需进行空中三角测量处理（又称“空三加密”）。其一，航摄相机曝光瞬间，摄影中心、地面点和地面点在像幅上的投影点三点共线，利用摄影测量技术方法，将曝光瞬间像片的空间位置和姿态角还原到真实地理坐标系中，获得三维立体的空间关系；其二，航拍像片的重叠度，保证若干张像片能覆盖到同一个地物点（又称“同名点”），三点连线称之为“光束”，通过光束的空间平移、旋转，实现不同像片在同名点处精准匹配。空中三角测量算法虽可通过三维建模软件实现，但是大范围地形航拍产生的大数据量（2万张以上）像片，由于软件自身存在运算瓶颈，直接解算往往失败，须结合建模软件设计方案。其一，在像控点布测环节，适当对测区进行划分，沿现状道路或绿植区域加密布设点位，以控制区块平滑接边；其二，在空三加密环节，沿加密的像控点划分区块进行空三解算，合并区块建模，能较好地发挥无人机倾斜摄影测量技术的优势。

4 结束语

为了能够更好地将无人机在地形图测绘中进行应用，应该在技术上加强提升无人机的核心性能，提高风荷载的抵抗力，不过为了达到更精准的测量数据，最好不要在能见度低、风力强及大雾天气使用，选择天气较好时再使用该设备更能发挥出其中的功能。采用无人机遥感技术测量的技术能够提高测绘工程的控制性，地形图测量有必要的防护性措施，保证地形图测量效率、质量都得到提升。

参考文献：

[1] 韩家雄,王晟,张凤佳.无人机数字摄影测量技术在电网铺设地形测绘中的应用[J].环境技术,2019,37(05):154-159+171.

[2] 巨正平,路云.基于无人机倾斜摄影测量技术在大比例地形测绘中的应用探讨[J].江西科学,2019,37(05):723-726.

[3] 李玉标.浅述无人机航空摄影测量技术在地形测绘中的应用[J].智能城市,2019,5(11):69-70.

[4] 何先宁.无人机航空摄影测量技术在地形测绘中的应用探析[J].资源信息与工程,2019,34(01):119-120.

[5] 贺文涛.无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用与实践[J].技术与市场,2019,26(01):56-57.