无人机低空摄影测量在城市测绘中的应用

无人机低空摄影测量在城市测绘中的应用

刘方 ,姚燕子

西安市勘察测绘院  陕西省西安市  710054

【摘要】在城市规划中，无人机测控技术是城市规划中的一种关键技术，它与遥感技术相融合，可以有效地提升城市规划的精度。在城市建设中，无人机测量与控制技术得到了越来越多的应用。这项高技术可以对一座城市进行高效的量测，节省施工人员大量的时间，并提升量测的准确性。本文主要论述无人机低空摄影测量在城市测绘中的应用。

【关键词】无人机；低空摄影测量；城市测绘；实际应用

在测量费用、测量精度和人员安全等方面，同传统测量比较，均有较大的优势。根据2019国际测绘技术研讨会上公布的资料，全球40多个国家开展了大量的无人机低空摄影技术的调查，研制了100多种制图技术。这项技术把本地的地理资料和全球卫星定位系统整合在一起，使得测量范围更加宽泛、更加多元化。

1.城市测绘工作与无人机低空摄影测量技术

城市测绘是一类特殊的、有一定法律效力的城市建设项目。城市测绘工作对从事城市测绘工作的工作人员的业务水平提出了比较严格的要求，是进行城市测绘工作能够顺利、高质量开展的重要基础。在快速城市化进程中，城市测绘工作日益引起社会的高度重视，为进一步提升测绘工作的精度与科学水平，需要使用无人机进行城市的低空摄影测量。与传统的测绘方法相比，利用无人机技术，可以极大地提高城市测绘的速度和精度，同时也能为城市的规划工作提供更为准确、更为科学的测绘工作方法，从而为促进中国城市化向更高的方向发展奠定了坚实的基础。

2.技术特点

2.1精度高、成本低

目前，无人机进行低空摄影和测绘工作，相对于卫星、航空等观测，越低的照相和测绘工作越准确，目前无人机的近距离照相和制图分辨率仅为0.1-0.5米，可以很好地适应目前的城市测绘工作要求。并且在同样的精度下，测绘工作的费用要比卫星和航空拍摄的费用要低得多，这主要体现在以下三点：首先，无人机的飞行费用要比卫星和航空拍摄的费用低得多。第二，与卫星、航空摄影器相比，无人驾驶飞行器及其搭载的观测系统的维修费用要低得多；第三，训练无人驾驶飞机驾驶员的成本要比训练卫星驾驶员和航空器驾驶员少得多。三大价格上的优点使得无人驾驶飞机测绘工作基本上可以根据测绘工作的需要，在任何时候进行，这是卫星和航空拍摄所无法做到的。

2.2高效率，短周期

相比于航空航天和卫星遥感，无人驾驶飞行器拍摄的地形图具有更强的适应性和持久性。一方面，现有静止卫星及中低轨道卫星的制图及航空摄影均会受多云天气的干扰，且在多云天气下难以实现高精度测绘工作；另一方面，低空无人驾驶飞机则不受多云天气的干扰，从而消除了高精度测绘工作过程中的不确定性。另外，由于中低轨道的卫星会出现“超峰值”，航空摄影会受到飞行控制等因素的影响，导致其所能持续的持续时间很短，但是，在后备电力足够的条件下，无人机几乎可以24小时不停地进行多架次、多批次的联合测绘工作，利用多屏幕的数据融合以及多个屏幕的数据拼接技术，同等的测量精度下，测量区域并不会小于航空与卫星的测量区域。

2.3具有一定的安全性、机动性和灵活性

目前，大多数的飞行器都是以手动操纵为主，并且对操作者和测绘工作地区的安全性几乎没有什么威胁。目前，大多数的飞行器都具有全向稳定、自动降落、断电复位等能力，在恶劣的气候条件下具有非常高的稳定性，并且不会受到气候因素的干扰，从而对拍摄到的地图效果造成不利的影响。此外，在拍摄测绘的过程中，如果发生了一些意外，例如，超过了遥控范围、遥控装置断电等，无人机也可以实现自主落地或者飞回到起飞位置的操作，这样既可以在确保测绘工作区域安全的同时，还可以减少测绘工作数据损失的风险。在城区测绘工作中，由于其小型的特点，可以在各种建筑和高架桥上灵活的穿梭、“裁弯取直”，大大缩短了测绘工作的行程，扩大了测绘工作的覆盖面，尤其是在地形起伏较大地区，其使用的优越性更为突出。

3. 无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景

无人机低空照相技术具有精度高、作业形式灵活、成像速度快等优点，能够为城区和规划区的大尺度正射光DOM、数字高程模型DEM、数字线状DLG产品等提供高精度影像资料。还能实现对某些关键部位及工程设备的3D数字化模型的构建；也能够对城市内部某些特殊区域进行实时性动态变化监测，完全满足城市信息化建设工作要求。

3.1可以提供高分辨率的测绘产品

伴随着我国城市信息化建设的快速发展，目前在进行规划和改造的市区内，还缺乏大比例尺、高分辨率和高精度的数字化测绘成果。目前，我国已有的高分遥感图像分辨率虽已达相当高的水平，但仍不能适应1:500大规模测绘工作 的需要。无人机低空摄影测量技术能够为重点地区提供高分辨率、高精度的正射图像DOM、数字高程模型DEM、数字栅格图DRG、数字线画图DLG等有关的测绘结果。

3.2为应急任务提供测绘保障

而对于某些较为复杂且工作较为紧迫的地区，则需要更为直接的图像资料做为参照。所以，图像采集不但要求图像的解析度高，而且要求图像采集具有一定的实时性。在此基础上，利用地面上的控平台，实现了无人机的起飞和降落，并实现了对无人机的实时监控，大大提升了无人机的整体工作效率。结合数字字图像处理技术对采集到的图像进行处理，能够在很大程度上提高城市测绘工作数据的精确性。

3.3三维数字化模型

利用无人机低空摄影测量技术，能够对城市中的几个关键地区进行多个方向、多个角度的高分辨率的图像信息进行实时采集，从而能够很好地解决常规的航拍和地基摄影在工作中存在的一些视角不能被完整地拍摄到的问题。对无人机的高效利用，既能产生DEM、DOM，又能从图像中直接获取建筑物的结构，并对其进行3D模型的分析与研究。该技术在实际中的运用，将大大简化地表照相中人工获取物质结构的工作过程，从而达到全面的影像测量作业方式。

3.4重要区域的动态监控

随着城市化进程的加速，对中心城区和分散于各处的多个城区进行动态的管控成为亟待解决的问题。在实践中，动态管理区的大小是不一样的，从数十平方公里到十分之一平方公里，都要精确地测量；并确保测量资料的准确性和图像的解析性；在此基础上，对高精度网格测量的资料进行定期的更新。利用无人机低空航摄技术，能够实时地监测绘制区域范围内的动态信息，并能够对各时段范围内的DSM变化进行自动比较，将DOM与DSM变化检测结果相结合，能够获得更为直观的动态监测成果。

4.小结

综上所述，与GPS、卫星等卫星导航技术相比，无人机低空摄影是一项独特的测量技术，其测量结果不会受到外部条件的干扰，测量结果的准确性也能获得保障，因此，本项目提出了一种新型的测量方法——无人机低空摄影测量技术。为了进一步提升测绘质量，通过对这一技术操作特征的分析，探讨了这一技术的发展趋势和技术演化，以期为有关部门提升测绘质量，转变城市化建设思维打下坚实的理论和实践基础。

【参考文献】

[1]韩晋榕.无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景[J].华北自然资源,2021(2):62-63.

[2]申睿卿.无人机低空摄影测量在城市测绘中的应用[J].智能城市,2021,7(18):60-61.

[3]叶志刚.无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景[J].四川水泥,2020(6):333-334.