无人机航拍技术在测绘工程测量中的应用

无人机航拍技术在测绘工程测量中的应用

闫志浩

三和数码测绘地理信息技术有限公司

摘要：随着科技水平的提高，促进无人机航拍技术在测绘工程中的应用。与传统的测绘工程测量相比，无人机航拍技术具有高效率、高精度、低成本、可重复性和安全性等优势，可以更好地满足不同领域的测绘需求。在我国目前的现代化建设中要完成测绘工程的建设和施工，都要耗费大量的人力物力，而无人机测控技术的全面应用，可以极大地提高测绘工程测绘的质量，准确地观察到工程建设所需的特定标绘数据，有效地保障测绘工程测绘的真实精度。利用无人驾驶飞机航摄技术进行地质工程勘察，是一项十分有意义的工作，有着广泛的发展前景。

关键词：无人机；航拍技术；测绘工程；测量应用

引言

在现代工程测量领域中，对于测绘技术的要求不断提高。传统测量测绘技术效率较低，且测绘结果准确性无法得到保障，已经难以满足工程测绘需求，所以需要加强对传统测绘技术的创新，在此背景下无人机航摄技术得到广泛的应用。相比于传统测绘技术而言，无人机航测技术可以实现高空测量，所搭载的高清摄影设备可以获取清晰的图像，从而获取更多工程需要的测绘信息，为工程建设方案设计提供基础数据，对于工程建设行业具有重要的意义。所以，如何掌握无人机航测技术的应用要点是重中之重。

1.无人机航拍技术构成及其相关架构

遥感信息采集系统和遥感信息处理系统是无人机航拍技术的系统构成，前者包括无人机遥感平台、飞行控制系统、地面监控系统，后者包括遥感相片处理、三角测量系统、三维建模系统。通过实际应用，可以看出，在无人机航拍作业中，遥感信息收集系统的核心工作是信息收集，而相应的操作介质是无人机飞控系统。因此，这个系统的工作就是在经过定位导航，到达所要测量的区域之后，要对无人机加速度计、陀螺等的工作状态进行控制，在传输信息的时候，要对其进行控制，让其在指定的工作区域内完成任务。而在地面监控系统中，无人机航拍是使用IMU/GPS技术进行导航的航拍，其拍摄的画面会被及时传送和调整，这就需要依靠地面监控系统来完成。地面监控系统包括监测软件、天线、计算机等，通过这些设施，可以让地面人员监测航拍，通过系统间相互及时的信息传输，对信息进行分析处理，大大降低了工作量。在遥感信息处理系统中，获取影像信息是其最主要的工作，但是所获取的原始影像通常都是混乱不堪、毫无价值的，因此需要对影像进行处理才能达到其实用价值，这时就需要将影像处理的功能发挥出来。

其主要作业内容：影像资料的注记，需运用空域三角法，经3次加密后，建立3D立体模型，最终产生所需的核线图。该系统的另外一个版块是三维建模系统，负责建立图像对应的数字模型，利用建模软件对原始数据进行分析，获得结果，为设计方案的确定提供参考。除此之外，还有传统的和非传统的无人机飞行测量系统。无人机航测遥感技术将遥控、遥感、航空测量三者结合在一起，以数据信息的快速处理平台为基础，为其提供了技术支撑，可以对地面展开快速、实时的调查和动态监测。无人机平台还配备了控制系统和传感器飞行器，从机翼的形状来看，可以被分成2种，一种是旋翼，另一种是固定翼。现在很多用户都更倾向于旋翼，因为其机身结构更容易控制飞行姿态，而其驱动方式则有燃油驱动，电动驱动。惯导与飞行控制技术是控制整个无人机飞行姿态和配载配置的关键环节，包含了传感器、惯导及接收器，构成了无人机系统的核心技术，能够对其进行导航定位，在出现危险时能够快速地进入着落状态，并保证安全着陆。非传统无人机航测系统的造价成本较低，但是尺寸很小，价格也很低。在使用上，对环境的要求也很低，而且还拥有轻能化的优点，可以将其应用扩展到某些军事领域上[1]。

2.无人机航拍技术的优势

2.1高效性

无人机航拍技术的高效性体现在快速性上，传统的地面拍摄需要大量的时间和人力投入，而无人机航拍则可以在短时间内完成大面积的拍摄任务。无人机可以迅速到达指定的高度和位置，通过高清摄像头捕捉到地面上的每一个细节，并且可以在短时间内完成大量的拍摄任务。无人机航拍技术的高效性还体现在准确性上，传统的地面拍摄往往受到地形、天气等因素的影响，难以获得准确的拍摄数据。而无人机航拍可以通过精确的定位和导航系统，确保拍摄数据的准确性和可靠性，无人机还可以配备多种传感器和测量设备，对拍摄对象进行精确的测量和评估，为各种应用提供更加准确的数据支持。

2.2安全性

与传统的航空摄影相比，无人机航拍可以更安全、更灵活地拍摄各种场景，而不会对人员或设备造成危险。传统的航空摄影需要使用直升机或固定翼飞机进行拍摄，这些飞行器在飞行过程中会受到各种因素的影响，如天气、飞行员的技能等，带来一定的安全隐患。而无人机航拍则可以使用小型无人机进行拍摄，这具有较低的速度和较小的飞行高度，可以更好地适应各种环境，并且不会对人员或设备造成危险。由于无人机可以轻松地飞到不同的高度和角度，因此可以拍摄到更加全面、更加细致的画面。此外，无人机还可以在各种复杂的环境中进行拍摄，而不会受到地形、天气等因素的限制，强大的灵活性使无人机航拍成为了一种非常实用的摄影技术。

2.3精确性

在新闻报道、电影制作、建筑监测、农业应用等方面，无人机的出现为这些行业带来了革命性的变化。与传统的地面拍摄相比，无人机能够在空中自由飞行，从不同的角度和高度拍摄，获得更加全面、细致的画面。无人机配备了先进的摄像头和传感器，能够实现高清晰度、高分辨率的拍摄，为专业人士提供了更加精准的拍摄效果。无人机可以轻松穿越复杂的环境，实现对复杂地形的精确拍摄。此外，无人机还具有快速响应和快速移动的能力，能够在短时间内对目标进行精确的拍摄和跟踪，捕捉到更多的细节和信息。无人机搭载了先进的传感器和测量设备，能够实现对目标物体的精准测量和定位。同时，无人机还能够通过无线传输技术将拍摄的数据实时传输给专业人士进行处理和分析，实现对数据的精准采集和处理[2]。

3.无人机航拍技术在测绘工程测量中的应用

3.1无人机航拍数据获取方法和技术

无人机航拍数据获取方法是无人机航拍技术的核心，不同的数据获取方法可以获取不同类型的数据，适用于不同的应用场景。以下是对各种数据获取方法的详细描述：（1）空中摄影。空中摄影是一种通过摄像机获取地面图像信息的技术，它是无人机航拍技术中最常用的数据获取方法之一。空中摄影可通过不同种类的传感器获取图像信息，如RGB传感器、红外线传感器、超光谱传感器等。通过这些传感器获取的图像信息可以用于地图制作、城市规划、农业监测等方面。（2）激光雷达。激光雷达是一种通过激光束扫描地面获取地面高度信息的技术。它是一种高精度、高分辨率的数据获取方法，适用于地形复杂的区域。激光雷达可以获取地面的三维坐标信息以及地面反射率等信息，可用于制图、建筑物测量、矿山勘探等领域。（3）多光谱和超光谱。多光谱和超光谱是一种通过传感器获取地表不同波段的反射率信息的技术。多光谱一般指可见光谱和近红外光谱，而超光谱则是指更广泛的波段。通过获取地表不同波段的反射率信息，可以判断地表覆盖的植被类型、植被状况等信息。多光谱和超光谱技术可用于植被监测、土地利用变化分析、水体污染监测等领域。总的来说，不同的无人机航拍数据获取方法具有各自的优势和适用范围，可以根据实际需求选择合适的方法进行数据采集。同时，不同的数据获取方法也需要配合相应的数据处理和分析方法，才能发挥出其最大的作用[3]。

3.2测量区域控制网的设置

控制网是指在实地测量中通过测量方法和联合加密操作，获取一组空间高精度坐标的点集，并按照设定要求相互挂接、确定各点在空间中的位置关系的水平基准框架，为综合测量提供完整且统一的坐标系统，能够为无人机航摄提供高精度的坐标基准，保证后续数据的精度。首先，在控制点的选择方面，控制点是控制网的核心，对其选择的质量和数量要求比较高，控制点需要根据无人机航摄的规划和具体测区的特点，合理地选择不同类型的控制点，通常包括经纬仪控制点、高程控制点、植被控制点等控制点。控制点需要根据实际情况进行调整，并应注意分布密度；其次，在控制网布设过程中，控制点之间的联系通过具体测量方法和技术实现，在该过程中，需要尽可能地减少各种误差，使每个控制点的精度能够得到有效保障，且为方便后期处理，应采用真正的无偏测量、确保各点之间的垂直精度与水平精度。在无人机航摄中，控制点与许多要素有关，如相机内部的调整、地面或背景的遮挡等，需要考虑这些因素，合理安排控制点与测区的联系，通常情况下对于测量区较小的控制点，可以适当增加控制密度，以此来提高空间位置的精度；最后，在控制点的验证方面，在测量结束后，需要在控制点上进行数据验证，以检查测量精度是否符合要求，如果控制点数据受到人为干扰，或者由于保持方式不当、控制点资料缺失等原因导致数据精度受损，测量精度也将受到影响，所以在进行数据验证时，需要做好准备，避免出现数据失真等问题。

3.3数据处理

多年来的使用经验证明，无人机航拍技术具有灵活、准确等优点，工作人员在进行勘探数据信息及对数据信息进行处理时要充分利用该技术的功能，利用高度匹配计算设备，通过数字表面模型（Digital SurfaceModel，DSM）对数据进行自动提取，并对叠加效应进行处理，最终达到三维地表的渲染。在这一过程中，工作人员需要保证数据的准确性，并将测试结果与原始数据进行对照、进行修正。在目前的工程建设中无人机的航测信息系统比较多，而且大部分都是根据国内的实际情况开发出来的，无人机在运行的时候，可以根据实际情况，将采集到的数据进行整理和分析。还可以利用相关技术，对目前的影像点进行实时的拍摄和处理，使测绘工作者可以更好地了解目前各个项目的具体特征，保证各个项目的施工质量。在进行无人机飞行测量资料的内业处理中必须先进行图像的校正。主要是由于相机本身的特性所限，在镜头的边缘处会出现较大的失真。在图像数据的格式和纠错过程中要结合摄像机的型号和检查数据，采用专门的处理软件，对航空数据进行三次加密。现在可以使用的软件更多是空三加密，其处理流程基本都是压制的，都应该在新建项目后导入数据，然后自动产生航线，并对图像进行处理和分析。在提取出重点和测量刺点后，再进行平差和精度评估，为建立数据模型打下了坚实的基础。在进行数据结算时测量员要在新的工程后面增加一个控制点，再进行数据处理，最终对已完工的数据进行处理。在求解过程中首先将航空测量资料导入DATmaxtrix软件，并建立了三维坐标系统，使航空测量资料与定位定向系统（PositionandOrientation System，POS）资料相符合。在此基础上，通过计算机进行数据的计算与优化。测量员可以将版面资料和有关档案资料输入到控制点编辑器中标示出空域。为了保证控制的精度满足测量的需要，在数据处理完毕后，还要对其进行检测。在数据处理完毕后，还要根据测绘工程的特定要求，对其精度进行检验和评价。在精度评价方面，可以采用2种方法：模型的精度评价和成果的精度评价。在采用成果精度评价方法时主要是对不符合成图精度要求的资料进行手工抽检。而在使用模型精度评价方法时主要是通过与实际资料的比较，检验两者之间的关系。如果检测结果与现场实际资料有偏差，则要判定该偏差是否超出了测绘工程计量许可的限度

[4]。

4.无人机航拍在工程测量测绘中的应用注意事项

4.1合理规划飞行任务

在进行无人机航拍之前，必须对测量区域进行充分的调查和研究，确定适合的飞行高度和航拍间隔，避免因地形、障碍物等因素导致数据采集问题。在规划飞行任务时，必须密切关注气象条件，避免在强风、降雨、大雾等恶劣天气下进行无人机航拍，不良气象条件会影响无人机的稳定性和图像质量，可能导致测量数据的不准确性。

4.2保证飞行安全

在进行无人机航拍时，必须严格遵守相关的法规和规范，了解并遵守当地航空管理机构对无人机飞行的规定，获得必要的飞行许可和执照。确保飞行过程合法、安全、可控；在每次飞行前，必须对无人机和相关设备进行全面的检查和准备工作，包括检查无人机的电池状态、传感器是否正常工作、摄像机的校准等，确保无人机设备完好，并进行相应的预飞检查和功能测试；避免在人口密集区域、机场附近、限制飞行区域等禁飞区域进行无人机航拍，选择空旷、无障碍物的区域，减少与其他飞行物体的冲突风险。

4.3数据处理与质量控制

在进行无人机航拍时，要确保拍摄的图像质量良好，注意摄像机的校准和调试，避免图像失真和色差等问题，同时需要关注光照条件，避免强烈的光线或阴影对图像质量的影响；在无人机航拍完成后，需要进行数据的后处理和处理，这包括图像的拼接、配准、地物提取和数字模型生成等步骤，确保数据的准确性和完整性，并进行必要的校正和校验；进行数据的质量检查，包括验证控制点的准确性、比对不同数据集的一致性等，确保测量结果符合预期的精度和精确性要求[5]。

结语

在目前我国社会各个领域都在快速发展的情况下，需要先进科学技术的支撑。使用无人机航拍技术不仅可以使传统的手工测量测绘工作变得更加简单，还可以帮助工作人员更快、更准确地获得数据，为后续工作减少了各种核对数据的环节，极大地缩小了测量数据与实际数据的差异，节约了时间和人力。综上所述，将无人驾驶飞机拍摄技术用于地质工程勘测，可以以较小的投资，保证精确的成果，达到社会和经济的双赢。

参考文献

[1]刘晓文，徐工，杨晓琳.地面三维激光扫描与近景摄影测量技术集成应用[J].山东理工大学学报（自然科学版），2020，32（5）：53-57.

[2]刘晓文，杨晓琳，王啸晨.土石方快速测算的方法研究[J].北京测绘，2021，33（5）：546-549.

[3]黎其添.基于倾斜摄影测量的大比例尺地形图测绘及精度评定[J].测绘通报，2020（S1）：143-146，150.

[4]黎其添.几种建筑物立面测量方法对比分析[J].北京测绘，2019，33（7）：850-852.

[5]王萍，魏军，苟彦梅.基于Smart3D和SVS软件的实景三维模型生产[J].测绘标准化，2022，38（4）：15-19.