无人机摄影测量技术在地形测量中的应用

无人机摄影测量技术在地形测量中的应用

赵生华

广西能建宏湖电力工程有限公司 广西南宁 530000

摘要：无人机属于一种比较先进的飞行设备，已经广泛应用到地形测量工作中。这项测量技术在应用时，融合了高分辨率的数码相机设备和红外扫描仪等设备。可以对区域内的地形信息进行全面的获取，通过计算机设备，对已经提取到的图像信息进行系统性的处理，并且按照精度要求绘制地形图。本文就无人机摄影测量技术在地形测量中的应用进行相关的分析和研究。

关键词：无人机测量技术；地形测量；应用；分析研究

一、无人机测量技术内涵分析

（一）无人机摄影测量系统组成

无人机摄影测量系统主要包括两个组成部分，即硬件系统及其软件系统，硬件系统主要包括监控系统、地面站设备、机载系统、航摄设备及其无人机系统几个组成部分；软件系统主要包括飞行控制、数据处理、远程监控、摄影检查以及航线规划几个部分。无人机摄影测量系统能够实现航摄工作的快速开展，保障数据的有效处理，同时有助于改善测量过程中的飞行问题。无人机测量系统属于无人驾驶，具有较高的分辨率且成本低，在这一系统的辅助下，能够帮助测绘人员在短时间内获取大范围的区段实物，通过影像的精准性进一步提升测量效率。就目前来说，无人机测量技术主要包括的功能有：拍摄区段、获取数据及其进行数字化测图，无人机测量技术能够获取更加精准的测量点，保障测量与预先方案的统一与协调，其操作流程极为简便，适用于多种区段的测量工程中。

（二）无人机测量技术的原理

无人机测量技术的基本工作原理为光线的直线传播及光线的空间交会，明确其三维坐标，同时获取具备代表性的能够用于描述地形的数据信息，之后通过数据的实时录入，以计算机分析及其处理所得数据，然后通过绘图系统显示原始地形中的地形图，完成地形测绘的基本任务。无人机拍摄的单像片测图原理即中心投影的透视变换，立体测图的基本原理即几何反转。

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、地形测量中无人机航空摄影测量应用分析

1.像控点布设。再利用无人机航拍装置进行地形测量时要保证像控点的布设清晰，能够根据像控点进行立体式判断和丈量；此外，还应该确保所布设的操控点能够实现共用，确保其布设位置在航向的五六片推爹范围之内，而控制点到相片的距离在1.5厘米范围之内。高程控制点的布设应该选择较为平整的地区，高程崎岖度要求较小，以平和山头为最佳，尖锐山顶以及沟壑地区均不能作为其操控点布设位置。最后，像控点的布设要充分考虑到环境因素、地理位置的影响，尽可能在测量地区选择出最佳布设点。

2.航空拍摄。（1）在利用无人机航拍装置进行地形测量时，最先应该考虑到的就是航线。在进行航线规划时首先应该按照网布点进行区域划分，保证每分段布设五个左右的平高点；航线首末端的上下区域需要通过像主点且保证二者相互垂直。其首末端上下对点还应该确保分布于同一立体相对内。而中间部分的操控点则应该布置于首末点的中线上，并防止量控制点像中线同侧违背，所以应该在拍摄时确定航线、明确拍摄范围、划定区域分布等。（2）航摄。在进行无人机地形测量时需要结合测量地点，选择地表植被分布均匀、建筑物相对较少的地区，以进一步减少环境因素对地形测量结果的影响和制约。此外，在进行航拍时还要京可能选择云雾少、空气良好的季节或者是天气。所以在利用无人机进行地形测量时都需要考虑到天气因素以及环境因素、地形因素对于拍摄质量的影响。

3.三角测量加密。其主要的工作流程如下：首先应该解析空中三角丈量，进而确定定向点和丈量点，为纠正测量误差提供数据基础。此外，在航拍机器工作时，要确保加密之前就能够掌握关于图例表、布点略图、航摄质量鉴定书等基础材料，各种观测核算手簿以及技术设计书等也需要提前掌握。

4.数字化测图。在进行无人机航拍地形测量工作时，通过相片准备和定向后能够进行地貌测绘，地貌测绘图像要多次与野外调绘图进行对照、补测和补调，确保测量图像以及数据与实际情况相符。在进行对照、补调、补测工作时应注意以下几个事项：首先，要确保航摄相片的现势性良好；其次，准确把握地貌元素，按照图饰需求直接测绘在图板上，对于难以把握的地貌元素要标记出来，留作之后进行外业处理；另外，由于有把握的地貌元素可以用作抽查，多次对其进行核查、补测。

四、在地形测绘工作中的具体应用

4.1 案例概况

本文主要以某项目为例，该项目所在地区地形地貌比较复杂，年平均温度为2.3℃，根据该地区1:500大比例尺地形图航测要求，采取无人机航拍测量技术，可以显著提升各项测量数据的精确性。

4.2 航空摄影

由于考虑到测区范围内的地形起伏变化较大、气候存在不稳定性的特点，在此次测量过程中，通过采取无人机航空摄影测量技术，获取更为精确的测量信息数据。本次测量运用CW-10无人机，采取GPS方式，测量人员可以获得准确的外方位元素，从而顺利完成建模工作。

运用此类型无人机可以帮助测量人员获得两套准确的数据，同时相机成像质量更好，三维效果更佳。为了进一步提升航空测量数据的精确性，有效降低项目测量成本，在执行任务过程中，测量人员决定分成6个不同架次进行拍摄，并制定出5条航线，每个航飞面积不超过1.2km2。为了确保地形测量数据精度符合规定要求，将航摄时间定为正午前后两小时，航向与旁向重叠率达到75%，且航飞范围覆盖超出边界至少100m。在该测区内部拍摄500多张无遮挡的图片，图片色彩较清晰，无明显的反差现象。

4.3 控制测量要点

测量人员需要在具体的测量工作中科学布设像控点，综合考虑该测区的地形条件与外部环境条件，将测区划分成不同的网区。同时，需要在各个测区内部布设平高控制点，确定好标准点的具体位置，以减少错误测量数据的发生，进一步提升相片质量。

在地形测量工作中，为了减小外界因素对最终测量数据产生负面影响，测量人员不但要加强像控点布设，而且要根据测区内部的实际状况合理确定高程控制点的具体位置，从而提高相片质量，减少错误测量数据。

4.4 三角测量要点

所谓三角测量，主要是指运用合理的数据处理系统，针对既有的各项测量数据进行综合处理，该数据处理系统在运行过程中，要减少人为干预带来的影响，在规定时间内顺利完成定向工作。通过合理建设区域网，将多个模型稳定连接，可以确保最终的数据信息得到更好的处理。

与传统的数据处理软件相比，应用此种软件处理数据能够明显提升处理速度，而且精度更高，可以更好地满足地形测绘要求，确保最终的各项数据更真实有效。在实际操作期间，测绘人员要根据软件系统运行状态，科学选择各项参数，并运用区域网平差优化技术，对三角测量数据成果进行检测。

4.5 采集数据

在此次地形测量工作中，测量人员通过运用无人机航拍摄影测量技术，实现了各项数据的快速采集。为更好地提升数据采集的准确性，确保各项数据可以精确地反映出该地区的真实情况，测量人员可以采用Map Matrix测量系统对数据进行采集。在测量数据采集环节，通过建立三维模型实现全要素采集目标。

此外，在处理各项数据的过程中，测量人员还要根据三维立体模型所反映的各项数据，综合运用数字正射影像制作相应的产品，确保各项数据得到良好的利用。

4.6 外业测量要点

和常规的测量技术相比较，无人机航拍测量技术工作效率较高，但是，受外部地形条件与气候环境的影响，设备无法实现全面数据采集，需要测量人员进行外业补测，并对最终的测绘结果进行有效检验。因为该测区地形较为复杂，在测量工作中受外部环境影响较大，故测量人员针对部分隐蔽区域要采用全站仪设站进行补测，利用激光测距仪或钢尺用交会法进行量测，进一步提高测量数据的完整性和精度。

为了合理确定具体的补测区域，测量人员需要结合之前的信息图，找到问题区域所在位置，并采用先进的补测技术，提升各项测量数据的合理性与规范性。在数据修正的过程中，主要以内业测图为核心，对各项内业数据进行校验，保证各项测量数据与地理信息更加精确。

五、结语

综上所述，在进行无人机测量技术应用的过程中，融合了原有的航拍技术，提高了测量的精度。还具备更强的地形勘察能力，绘制出来的地形图纸，更加的清晰生动。将这项技术融合到地形测量的各个环节中，不仅可以提高工作的开展质量和效率，还可以提取更加全面准确的数据信息。能够对现有的测量工作流程进行简化，还可以推动整个行业进行快速的发展。因此需要在现有无人机测量技术的基础上，对其进行改善和优化。要建立专业的操作团队，促进这项技术进行更好的发展。

参考文献：

[1]郑国威,贾鹏,李晓飞,李相庭,何军.无人机影像匹配点云技术在油气田线路测量中的应用[J].测绘标准化,2020,36(04):66-68.

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[3]李同光,符惠伟.无人机倾斜摄影测量技术在地籍测量中的应用研究[J].南方国土资源,2020(11):48-50+54.