无人机摄影测量在工程中的应用

无人机摄影测量在工程中的应用

汤军伟

荣成市城市规划技术服务中心有限公司 山东荣成 264300

我国科技飞速发展进程中，无人机摄影测量被应用在各个领域，与普通的测量技术相比具有明显优势，可为各类工程提供极大便利。随着无人机搭载的摄像头性能的不断提高，在进行工程测绘工作中也相应地提高了数据参数精度。

关键词：无人机系统;摄影测量;工程应用;

引言

无人机摄影测量是指利用多旋翼或固定翼的无人飞行器平台，搭载单镜头或多镜头的相机传感器，以及小型机载RTK等获取数据的一种先进测绘技术，真实反映了地物的外观、位置、高度等属性，快速采集影像数据，实现三维建模。但在应用过程中存在分辨率不一致、精度不可靠等问题，为满足成果质量、提高测量精度，通过改变传统航空摄影只从垂直角度拍摄地物的方式，利用倾斜摄影在同一平台搭载多台传感器，从垂直、侧视等不同的角度采集影像，再进行校正、空中三角测量增加控制点密集度等处理，可将测量参数精确到亚米级，完全满足工程正常条件下的精度要求。

1无人机航摄测量的优缺点分析

相较于传统的航空摄影测量，无人机航摄测量主要有四方面的优势：一是无人机飞行平台及其搭配的航摄设备价格较低，维修成本也较为低廉；二是无人机航摄系统的设备便于携带，且运行方式灵活多样，垂直起降的无人机选取起降场地时几乎不受自然环境和地形地势的影响；三是无人机具有低空飞行的优势，能够在较为合适的高度进行航拍，航摄相片画质清晰具有较高分辨率；四是无人机航摄测量生产周期短，能满足各种不同的需求，尤其是在小范围测区内获取信息具有明显的优势。

同时，两个明显的缺点也制约着无人机航摄测量的发展:一是目前民用无人机的研发仍以安全飞行作为最重要的参考指标，大多数厂商的无人机使用常规锂电池提供发动机能源，因此续航能力较差，单架次航飞的影像覆盖面小，不适合大范围的航摄；二是由于无人机的载重有限，大多数民用无人机都无法搭载专业的测绘相机，导致航测精度受到较大影响。

2影响无人机航摄测量精度的因素

2.1航摄像片

航摄像片是整个无人机航摄测量的基础，因此航摄像片的质量直接影响着无人机航摄测量的精度。无人机航摄像片的质量主要与以下几方面有关：一是影像重叠度，无人机在某一航线中航行，相邻影像出现重叠情况，被称为航向重叠，而对相邻航线的重叠，被称为旁向重叠；二是无人机受到外界因素影响会出现偏航的现象，航带弯曲度越大则越难保证影像的重叠度；三是航高的保持，若无人机能够长时间按照预定的航高进行飞行作业，则航摄像片的质量就会越高，反之则越低；四是相机质量的影响，相机物镜存在较大的色差以及畸变差，因此，不同的相机拍摄得到的影像具有不同的几何变形，且不同的相机具有不同的分辨率，分辨率越高，拍摄的影像越清晰，影像质量越高；五是云雾、光照等外界因素的影响，若航摄得到的照片出现云雾遮挡、曝光过度或者曝光过弱看不清楚影像，均需要对航摄照片进行重新采集。

2.2像控点

像控点成果的好坏对无人机航摄测量的质量和效率有着至关重要的影响，其质量主要受到以下两方面因素的影响：一是像控点布设的合理性，由于无人机航摄像片的画幅比较小，像片数量比较多，需要大量外业像控点的支持，因此只有合理地布摄像控点，才能保证航摄测量的精度以及节约人力物力；二是像控点测量的准确性，在合理布设的基础上，还需要通过GPS等常用测量工具对象控点坐标进行准确量测，使其精度符合行业标准。

2.3数据处理

无人机航摄测量的数据处理工作主要包括空三加密、影像图制作、内业数据采集、编辑、外业调绘等。目前市场上的大多数软件在空三加密及影像图制作方面都实现了半自主处理功能，只需人工做少量的干预，其中最重要的就是需要作业人员准确无误地将正确的像控点成果通过刺点的方式反馈于处理软件。而对于内业数据的采集、编辑以及外业调绘等步骤流程，则与作业人员的能力水平相关，往往能力强水平高的作业人员能生产出更高质量的无人机航测成果。

3无人机摄影测量三维建模在工程的应用

3.1图像初步处理

在Pix4Dmapper中初步处理，对所有影像进行检查并生成质量报告，生成报告检查数据集、相机参数优化质量和像控点精度参数。当质量报告各参数都满足工程要求后，开始高精度处理，进行特征点匹配、优化内外方位角参数等操作。参数设置完毕后，通过软件进行高精度处理，生成图像POS数据位置点，连接各点生成飞行轨迹图。

3.2空中三角测量增加控制点密集度

空三加密是在无人机完成空中三角测量之后，为增加影像地面控制点的密集程度，获取遥感影像空中摄影瞬间的姿态参数，满足后续成果的生产，减少外业像控点的过程。高精度处理过后，进行空三点云加密处理，处理参数有像素比例、点云过滤器材成果平滑以及输出文件格式。

3.3数字模型与正射影像图

空三加密处理后进行DOM（正射影像）与DSM（数字表面模型）参数设置，避免生成分块状的DSM与边角区域过多的模糊扭曲。之后生成DSM数据集，利用正射影像编辑器调整拼接线，切换投影面，最终可以在混合影像中生成DOM（正射影像图）与DSM图。

3.4数据处理成果应用

3.4.1土石方填挖算量和土方平衡

传统的土方量计算方法观测效率低，地形复杂地区精度差，在三维模型上对八号出入口进行特征点采集，可以直观、全面地采集碎部点坐标，利用DTM法根据坐标文件计算土方量，经验证后也得到了现场监理的肯定，认可此方法提高了工作效率，减小了人工劳动强度。

3.4.2复核现场放样坐标及标高

工程施工期，对梁、柱、墙、板面等测量放样后，测量人员需对施工完成的插筋、支模等位置复核坐标与标高，以保证过程质量，是测量人员不可规避的繁重任务。使用无人机航测生成的正射影像图可以在图上选点直接反映出需要复核点的坐标及高程，通过和设计图纸对比进行复核，将需要投入大量人员和时间的外业工作转变为只需一人即可操作的内业任务，极大缩减了工程中测量人员的投入，提高了测量复核工作的效率，加快了工期进度。

3.4.3清障环保及作业进度监察

无人机获取的照片处理为三维点云之后，根据项目要求对数据进行后期点云分类处理，过滤掉不需要的物体，将植被、车辆和人造物体矢量化和提取。日常可以根据定期的航摄图片对比，检查项目场地内裸土覆盖有无遗漏，除尘降尘设备布置是否覆盖场地全部区域，对项目环保工作的策划与实施提供参考。

对施工过程中出现多处违规堆弃的建筑材料，如“乱占”、“乱采”、“乱堆”、“乱建”等给项目造成重大安全隐患的问题及时发现并清理。日常也可以根据定期的航摄图片对比，掌握项目阶段性工作进展，结合预定工期进行分析，为项目场地策划与施工安排提供更加高效、直观、全面的数据支持。

4总结

虽然无人机航摄测量存在一定的不足，但是突出的优点仍让其在测绘领域中占有重要的地位。相信技术人员通过不断地努力和研究，一定能解决制约无人机航测发展的各种难题，不断优化无人机航测的技术方法及软硬件系统，使其为我国地理信息行业做出更大的贡献。

参考文献

[1]王纪理.无人机航测数据质量检查及成果应用分析[J].科学管理,2018(8):139+196.

[2] 杨淑芬,严红杰.浅谈无人机航空摄影测量空三加密精度分析[J].建筑工程技术与设计,2017(32):2402.

[3]张丽丽.无人机航摄前像控点布测方法探讨[J].测绘技术装备,2016(3):44~46.