無人機在地形圖測量及地形災(zāi)害中的應(yīng)用

（1臺州市椒江城建測繪隊 浙江臺州318000；2臺州市數(shù)字化城市管理辦公室 浙江臺州318000）

（1臺州市椒江城建測繪隊 浙江臺州318000；2臺州市數(shù)字化城市管理辦公室 浙江臺州318000）

地理基礎(chǔ)信息的采集中航空數(shù)字攝影測量是其最有效手段之一。隨著微處理機的大范圍應(yīng)用和計算機信息技術(shù)的發(fā)展，國家各部門對測繪信息的需要也越來越多，對資料內(nèi)容的容量需求越來越多，對資料更新的要求越來越大。一種新型的測量方式無人機航空攝影測量不斷的出現(xiàn)的公眾面前，想要構(gòu)建數(shù)字城市建設(shè)、數(shù)字中國就需要迫切發(fā)展低空無人飛行器航測遙感系統(tǒng)。

無人機地形圖測量

1 無人機航空攝影測量技術(shù)介紹

小到一個工程，大到一個城市、國家都離不開測繪，而航空攝影測量又是測繪中極其重要的一部分。隨著社會的發(fā)展數(shù)字測量時代也隨之到來，數(shù)字通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、3S技術(shù)、數(shù)碼相機技術(shù)的發(fā)展，無人機航測遙感技術(shù)也跟著發(fā)展了起來，為航測遙感領(lǐng)域提供了很大的幫助。無人機民用需求的擴大以及無人機航攝技術(shù)的逐漸成熟，民用領(lǐng)域的各行各業(yè)都已經(jīng)被該技術(shù)滲透，它可以應(yīng)用于國土資源勘察、數(shù)字城市發(fā)展建設(shè)、通訊站的建立、國家地圖測繪、城市發(fā)展規(guī)劃、實時監(jiān)測突發(fā)事件、災(zāi)害預(yù)測和評估、城市街道交通、網(wǎng)線電網(wǎng)鋪設(shè)、礦產(chǎn)開發(fā)、環(huán)境管理和生態(tài)保護、森林治理、數(shù)字化農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，對社會經(jīng)濟的發(fā)展建設(shè)具有重要意義。

無人機數(shù)字化產(chǎn)品有：①數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，縮寫DEM)：DEM是規(guī)定范圍內(nèi)的規(guī)則網(wǎng)格點的平面坐標 (X，Y)與其高程(Z)的數(shù)據(jù)集，它描述的主要是區(qū)域間地貌形態(tài)空間的分布，是通過相似立體模型或等高線來實行數(shù)據(jù)采集 (包括量測和采樣)，最后進行數(shù)據(jù)插入從而形成的。②數(shù)字線劃地圖 (Digital Line Graphic，縮寫DLG)：DLG是地形基礎(chǔ)信息的矢量數(shù)據(jù)集，它保存有要素之間的相關(guān)信息屬性和空間關(guān)系，能夠比較全面的描述形容地表目標。還能夠和DOM相疊加生成復(fù)合產(chǎn)品，制作電子地圖或各種各樣的專題地圖，以滿足各部門專業(yè)的需要；③數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map，縮寫DOM)：DOM是通過DEM對已經(jīng)掃描處理過的遙感影像(彩色或單色)或數(shù)字化的航空像片，通過逐像元來輻射改正、鑲嵌和微分糾正，最后按照規(guī)定圖幅的范圍修剪得出了的數(shù)據(jù)影像，帶有內(nèi)外圖廓整飾、注記和公里格網(wǎng)的平面圖。（圖1）

圖1

2 主要應(yīng)用需求

以試點縣將要開展的山洪災(zāi)害調(diào)查的調(diào)查報告作為依據(jù)，對通過使用無人機航測技術(shù)進行研究，其研究內(nèi)容主要包括獲得的山丘區(qū)的流域高分辨率的航片和下墊面的參數(shù)獲取過程和途徑，在進行具體的推廣時要根據(jù)實際的山洪災(zāi)害項目的具體情況和實際需要。無人機航測技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，其主要包括山洪災(zāi)害的調(diào)查評價和應(yīng)急監(jiān)測以及災(zāi)害發(fā)生過后的快速評估。

2.1 以快速調(diào)查的方式對小流域進行信息的采集

在小流域區(qū)域內(nèi)，通過無人機航測技術(shù)可以得到分辨率高于0.2m的高清航片。在獲得高清航片之后，迅速對航片進行處理和分析，進而得到小流域內(nèi)的正射遙感高清影響以及大密度的點云數(shù)據(jù)信息，在取得的點云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立起對應(yīng)的小流域DEM的高精度數(shù)據(jù)以及所有河道的斷面處的數(shù)據(jù)信息；而將點云數(shù)據(jù)以及高清航片結(jié)合起來，就可以獲得地貌信息和下墊面的植被信息以及三維的建筑物和水利工程的信息，同時還可以得到研究區(qū)內(nèi)的居民區(qū)的代理位置信息。

2.2 對出現(xiàn)山洪災(zāi)害的應(yīng)急措施進行監(jiān)測

在對山洪災(zāi)害和洪澇災(zāi)害以及干旱災(zāi)害發(fā)生后進行應(yīng)急的監(jiān)測時，大多都是采用無人機航測技術(shù)，因為無人機航測技術(shù)可以得到災(zāi)區(qū)內(nèi)的詳細信息及該請的影像和照片。由此，可以對災(zāi)情和災(zāi)區(qū)進行針對性的分析和制定相應(yīng)的補救措施。

2.3 用于洪澇災(zāi)害后的調(diào)查評估

能對災(zāi)害及時進行了解和分析，常用的方法就是將利用無人機航測技術(shù)獲得的高清航片與衛(wèi)星獲得的遙感影像結(jié)合起來，對災(zāi)區(qū)和災(zāi)情進行迅速的評估和分析，這起到了為災(zāi)害前線提供最新數(shù)據(jù)的作用。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 對無人機的航片拼接和糾正技術(shù)

利用無人機獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)已經(jīng)達到了較成熟的階段，但是對獲得的高清航片進行立即處理的技術(shù)卻是并不完善，仍需及時的改進，其技術(shù)缺陷主要包括：無人機的搭載照相機的鏡頭參數(shù)和航跡參數(shù)，以及拍照時的中心坐標等自動糾正和對取得的數(shù)據(jù)進行處理的軟件的開發(fā)。

3.2 對高清航片以及高密度點云數(shù)據(jù)的獲取

若是快速獲得區(qū)域內(nèi)的點云數(shù)據(jù)，通常是采用對高清航片進行同名搜索，然后在利用立體相對算法。

3.3 對高精度DEM數(shù)據(jù)進行的正射影像制作技術(shù)

對拼接處理后的航片數(shù)據(jù)以及DEM數(shù)據(jù)，一般都是采用自動匹配的算法來實現(xiàn)對區(qū)域的正射影響。

3.4 多分辨率和多尺度模型的點云分類算法

采用多分辨率和多尺度模型的點云分類算法，就可以實現(xiàn)對小流域的各種植被以及建筑物的點云數(shù)據(jù)信息的提取，還可以根據(jù)提取到的數(shù)據(jù)進行特征變化的分析，進而就加快了對災(zāi)害發(fā)生前后的變化的研究，推動了對洪水的研究。

3.5 以高分辨率航片的居民區(qū)為基礎(chǔ)的自動提取算法

在對居民區(qū)進行自動提取算法時，主要是通過高分辨率航片以及點云數(shù)據(jù)的途徑進行，在開展自動重建技術(shù)時，主要是通過沿高程展布以及三維模型的途徑進行，這可以實現(xiàn)為小流域洪水技術(shù)提供數(shù)據(jù)上的幫助，同時還需對三維可視化的處理軟件進行開發(fā)。

3.6 采用高分辨率航片的調(diào)查評估方式

在進行自動化的對比分析時，主要是借助災(zāi)害過后的高分辨率航片以及災(zāi)害發(fā)生之前的遙感影像數(shù)據(jù)，這樣就可以實現(xiàn)對災(zāi)害發(fā)生前后建筑物的變化、周圍植物的變化以及地貌的變化進行自動的分析，在結(jié)合災(zāi)害評估方式的前提下，對所研究的災(zāi)區(qū)進行損失的自動計算。

4 總結(jié)

在我國經(jīng)濟實力迅速提升的大背景下，交通和城市建設(shè)以及水利等大型工程的建立也越來越多，隨之需要的數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)量也將不斷擴大，其質(zhì)量也將越來越高標準，更新?lián)Q代換代速度也是越來越快。無人機航測遙感技術(shù)是近幾年新型的測量工具，它獲取信息數(shù)據(jù)具有全天候和全天時以及實時性的特點，所以其重視程度是非常高的，它帶來的經(jīng)濟效益是非常可觀的。在我國，無人機航測遙感技術(shù)在一定程度和一定范圍內(nèi)的得到了推廣，其生產(chǎn)技術(shù)和工作性能也在不斷完善和提高，目的在于能使得每個項目都能實現(xiàn)科學(xué)性和規(guī)范性以及標準性，這正是航空測量發(fā)展的正確方向。

[1]李興華，羅秀蘭，龔緒才.無人機航測技術(shù)應(yīng)用于公路崩滑陡峭地段測量分析 [J].公路交通技術(shù)，2012（4）：49-53.

[2]鄭秀菊.淺析低空無人機在測繪中的應(yīng)用 [J].吉林農(nóng)業(yè),2012(3).

[3]王湘文,于啟升,王雅鵬.無人機低空攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的應(yīng)用 [J].地礦測繪,2013(1).

無人機在地形圖測量及地形災(zāi)害中的應(yīng)用

■曹暉1王徐1張富強2

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-179-1