無人機航空攝影測量系統的探析

樸彥輯

摘要：在無人機航空攝影測量的研究過程中，結合工作經驗和日常研究成果，對無人機航空攝影測量系統進行研究與分析，闡述了該系統在土地規(guī)劃測量，災害應急、山洪泥石流中的應用。對推動無人機航空攝影測量系統的發(fā)展與應用有參考價值。

關鍵詞：無人機 ；航空攝影測量 ；地形測繪 ；土地規(guī)劃

在人類的發(fā)展進程中， 如何有效地規(guī)避自然環(huán)境所帶來的災害變得非常重要， 尤其是在社會快速發(fā)展的今天，防災減災的重要性日趨突出。 我國作為一個自然災害頻發(fā)的國家也面臨著同樣的挑戰(zhàn)。 面對日益嚴重的自然災害形勢，如何選擇最為科學、準確、穩(wěn)定的測量技術和測量成果，以作為準確掌握突發(fā)事件災情險情的重要手段是目前的首要任務。 測繪測量技術系統是應對自然災害、 有效處置突發(fā)事件、 構建完善保障系統與加強防災減災工作建設的重要組成部分，也是目前的一個重要戰(zhàn)略問題。

一、無人機航空攝影測量系統的組成

1.硬件系統

第一，機載系統。無人機是航空攝影測量系統的搭載平臺，是整個系統運作的基礎，主要包括無人機、數字攝影、導航飛行控制、通信等子系統。工作時，系統會按照預設航線自主飛行，完成預設的攝影測量任務，并將飛行高度、速度、狀態(tài)、氣象情況傳輸給地面監(jiān)控系統。第二，地面監(jiān)控系統。該系統直接影響飛行平臺的運行，包括計算機、飛行控制、電子通信、電臺等設備。無人機工作時，地面監(jiān)控系統會接收無人機發(fā)出的信息，在地圖上標記無人機的位置、高度、速度、路線等參數，方便操作人員了解無人機的飛行狀態(tài)。

2.軟件系統

第一，航線設計軟件。該軟件決定了系統運行的方向、精準度，也是信息采集的關鍵環(huán)節(jié)，要求預先設定地形特點、作業(yè)范圍、測量參數、精度等指標，依據行高、重疊度、地面分辨率，可以計算出飛行曝光點、基線長度等數據。第二，數據接收處理軟件。該軟件是系統攝影測量外業(yè)的最后一步，關系到圖像的處理質量。一般而言，無人機獲取地面影像時，會受到內部、外界因素的影響，為了避免原始圖像處理時存在質量問題，會對原始影像進行預處理，例如圖像校正、圖像增強等。

二、無人機航空攝影測量系統在土地規(guī)劃中的應用

以某土地整治項目為例，位于重慶山地區(qū)，規(guī)劃設計階段，利用無人機航空攝影測量系統，作業(yè)流程如下 ：第一，收集地形圖、土地利用資料，檢查儀器設備，做好飛行準備工作。第二，測區(qū)踏勘，確定大概測量范圍，在系統中設置測量區(qū)域和飛行路線，布設像控點，避開樹木、建筑、電線等。第三，外業(yè)攝影測量，在無人機上搭載攝影系統，低空飛行獲得測區(qū)影像資料，要求圖像清晰、色彩均勻、層次豐富，能真實表現地物信息。第四，內業(yè)數據處理，利用Photo Scan 圖形處理軟件，對影像進行拼接和處理，找到像控點，對坐標、高程進行糾正、加密、修飾。

在土地整治的規(guī)劃設計中，無人機航空攝影測量系統的應用優(yōu)勢如下 ：①高效。考慮到重慶地區(qū)地形地勢復雜，傳統地形測量工作的開展，完成1km2的測量范圍需要2人花費3天～4天。②直觀。該系統的應用，能獲得測區(qū)全范圍的數字正射影像圖，由于圖像更加直觀，有利于工作人員分辨各種信息要素。依據初步設計方案，向民眾征求意見時，能提高民眾的積極性，增強對土地整治的認識度。③全面。繪制地形圖是土地整治的基礎，考慮到測量范圍廣，傳統測量工作難以適用，容易忽略部分溝渠、線路，繼而影響整治方案的設計。

三、無人機航空攝影測量系統在山洪泥石流中的應用

1.災情概括

2014 年 8 月 3 日 16 時 30 分在云南省昭通市魯甸縣附近（北緯 27.1 度，東經 103.4度）發(fā)生 5.7 級左右地震，地震致使昭通市的魯甸縣、巧家縣、昭陽區(qū)、永善縣和曲靖市會澤縣 108.84 萬人受災。 國家測繪地理部門緊急調集多套無人機航空攝影測量系統赴地震災區(qū)進行應急航空攝影，獲得了首批高分辨率的地理地質資料，共獲取4 處重災區(qū)高清航攝圖像，54 張經過圖像拼接和判讀， 初步評估了災區(qū)的受災情況，為制定后續(xù)的計劃打下了堅實的基礎。為災后救援提供了較為準確的災情信息。

2.UAV 數據獲取

在本次魯甸大地震災后救援過程中， 無人機航空攝影測量系統的數據獲取工作主要有以下幾個工作流程：前期的設備資料準備；無人機航拍測繪；后期數據處理與研判。本次國家測繪地理信息局使用了“Quick Eye”無人機作為主要應用平臺，并且搭載了 Canon 5D Mark III 數 碼 相 機 進 行 數 據 采 集 工作。 在無人機系統從地面起飛之后，完成既定的飛

行動作，達到基本的飛行條件之后，再按照地面的航線設計系統進行自主飛行，同時開始相關的數據獲取工作。飛機飛行高度為3000 米左右，分辨率為0.2M。在無人機系統完成初步的數據搜集工作之后，4 處 高清航拍攝影數據500份、總面積接近50 平 方公里的數據初步形成，隨后進行圖像預處理、數據糾錯、圖像拼接，最終提供了完整地面圖像，為測繪地理部門、 國土資源部門和國家防總進行災害分析與評估提供了支撐。

3.減災與防災

減災防災是無人機航空攝影測量系統的重要功能之一，這一應用主要是通過對于現有的信息的研判與分析進而為災害狀況的預測提供可靠的依據，實現防災與減災的現實需要。 在魯甸地震的災后救援過程中，該系統就充分發(fā)揮了減災與防災的效能，尤其是對于紅石崖和王家坡救災處置、 冷家坡和肖家坡社區(qū)滑坡人員轉移、牛欄江堰塞湖測繪等一系列行之有效工作，都避免了人民群眾生命財產受到更大的損失。

四、結束語

綜上所述，隨著科學技術的進步，無人機航空攝影測量系統成為一種新型的測量手段，具有精度高、成本低、操作簡單的優(yōu)勢。文中分析了該系統的組成，其中硬件系統包括

機載系統、地面監(jiān)控系統 ；軟件系統包括航線設計軟件、數據接收處理軟件 ；介紹了在地形測繪、土地規(guī)劃、災害防治中的具體應用，并結合工程案例進行分析，希望為類似工作的開展提供經驗借鑒。

參考文獻：

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[3]張逢春.淺析無人機傾斜攝影測量技術與應用[J].世界有色金屬，2018（03）：25+27.

（作者單位：哈爾濱海航地理信息工程有限公司）