無人機航測在大比例尺地形圖中的應用探究

潘池

遼寧省自然資源事務服務中心 遼寧沈陽 110034

大比例尺地形圖的傳統測繪是采用靜態測量技術，首先布設首級控制網，通過CLASS RTK與全站儀相結合來進行碎部測量。這種測量效率低，測量難度高。而無人機作為一種新的監測技術，其準確性高，靈活性好，成本低而且操作方便。

1 無人機航測技術

1.1 無人機航空攝影

無人機航空攝影主要包括無人機發射、作業飛行、無人機回收、數據檢查等步驟。①選擇適宜的起降場地，在接收到飛行指令后，發射無人機。②地面站實時監控無人機數據采集，由于無人機集成了高精度的差分系統，只需獲取無人機端的差分數據和地面端的基站數據即可。③無人機完成飛行任務后，返航到降落點上空，在無人機駕駛員能夠掌控無人機的前提下，將遙控器切換到人員操縱模式，引導無人機安全著陸。④從存儲設備中導出影像數據和差分數據，并進行數據檢查，檢查數據是否合格，如不合格，進行重新補飛的工作[1]。

1.2 無人機飛行平臺系統

無人機的飛行平臺系統可以讓無人機保持飛行的姿態平穩，抗干擾性強。無人機機體由玻璃鋼或者碳纖維復合材料制組成，內部中空，有很大的空間來用于安裝提供其他設備的安裝和維修。根據控制系統的型號以及無人機的主要設備可以確定設備倉的空間大小。無人機的發動機和螺旋槳都安裝在無人機的頭部、兩翼或者是機身尾部，螺旋槳的旋轉給無人機提供動能。因為不同的地區所擁有的地理形式不一樣，無人機的起降也被設計成多種形式，包括滑行、傘降回收、車載起飛等模式。無人機飛行平臺由無人機機身、無人機推進系統、電源系統和自動駕駛系統等組成，其作用是將傳感器帶到特殊的地理位置進行采集地理信息。

1.3 技術優勢

①應急能力強。在實際開展工程測繪時，經常會出現一些突發事件，特別是在大比例尺地形圖的測繪過程中，其本身難度很大，加之突發問題的出現，使測繪結果的準確性大大降低。無人機航測技術由于其使用方便快捷，機體小巧，速度容易控制，到達現場之后能夠迅速展開工作，并且不間斷地跟蹤事件的發展，有利于指揮中心及時掌握事件態勢。②適用范圍廣。無人機航測技術由于是無人駕駛，相關工作人員只需要利用計算機系統進行遠程操作和控制便可以實現復雜區域的測繪工作，實際應用和測量中不需要考慮人員安全問題，特別適用于一些復雜的地形測量工作中，不僅提升了測繪效率和質量，而且有效避免了人員測繪傷亡問題。另外，對于一些特殊的地區全年云層較厚，無人機航測受到云層、氣候等條件的影響和干擾較小，實際應用中可以有效提升測繪精準度。

2 無人機航測在大比例尺地形圖中的應用

2.1 飛行準備

一般而言，無人機航測在測繪領域應用的基礎是外業傾斜攝影航線設計，也就是在開展無人機傾斜攝影之前，優先將無人機的拍攝航線設定好，設定無人機的飛行高度、分辨率要求等相關參數，并在設計圖中標注明確，這樣方便后期數據處理時，進行實際比例尺的換算，從而保障大比例尺地形圖的繪制精度。

2.2 數據獲取

主要包括像控點數據和影像數據獲取。為了更好地滿足精度要求，通常采用先布測像控點再航攝的作業流程，尤其在測區外圍特征點較少的區域，以靶標的方式布測。傾斜航攝雖然沒有傳統航攝對天氣的要求高，但選在晴朗的、光線條件較好的天氣下獲取影像，模型質量更高。同時，如果選取不同天氣條件下的多架次航攝數據進行空三解算，可能會導致某些像片無法匹配連接點，影響空三成果精度。

2.3 圖像預處理

因為在無人機的拍攝中數碼相機的畫幅比較小，所以需要圖像預處理技術來達到良好的測量精確度。無人機航攝圖像預處理方法一般有兩種，分別為噪聲去除法和鏡頭畸變校正法。在圖像的拍攝或者傳輸的過程中會受到噪聲信號的干擾，從而影響圖像的正常生成。通過濾波處理，可以去掉圖像中的噪聲信號，將拍攝好的圖像經過處理后轉變成數字信號，經過傅里葉變換變成頻域信號，然后通過濾波器過濾掉噪聲的頻段，只留下有用的頻段，再經過逆向變換后，經過一定的處理得到濾波后的圖像，從而達到過濾噪聲音的效果。鏡頭畸變是由于實際圖像的位置與坐標位置偏離而產生的現象，首先對將已設置高精度點空間坐標的控制場進行拍攝，并提取圖像坐標，然后根據共線放出推導出圖片的原始坐標，從而實現鏡頭畸變的校正工作[2]。

2.4 現場補測

利用無人機航測技術進行大比例尺地形圖測繪時，雖然可以提升測繪精準度與效率，但是也存在一定的缺陷，即在測量某些地形特征時，對于地形中一些結構死角或相對隱蔽的位置難以測量，如此容易導致最終的測繪準確性降低。為了有效提升測繪精準度，需要在現場進行補測。通常情況下，對無人機航測結果準確性的分析和判斷，往往需要對測繪結果進行對比，即將一小部分的測量結果與測量圖結果進行比較，以此找出測量中存在的錯誤，并及時有效地進行修正處理。而對于一些錯誤比較明顯的位置，要進行現場的補測，在完成補測后進行二次對比分析，目的在于找出測量誤差并進行修正，從而有效提升測量的準確性。

2.5 地形圖制作

利用制作出來的三維立體模型采集線劃圖，進行比例尺線狀地形圖的繪制，主要包含4個步驟：①建筑物外部輪廓繪制。利用建筑物側面形狀數據，繪制建筑側面輪廓的基點，形成閉合線狀要素，通過三維模型確定建筑物的特征，賦予要素建筑物的屬性信息。②線狀地物的繪制。通過傾斜模型進行線狀地物的繪制，三維模型上可以直觀的展現地物平面位置、高程、屬性特征等，進行快速地提取要素的內容。③高程提取。在傾斜模型上具有高程信息，在模型上可以快速地提取需要獲取的高程數據。④地形圖修飾。繪制完成后對照傾斜攝影模型檢查圖面注記，修飾繪制要素[3]。

3 結語

采用無人機傾斜攝影測量技術進行大比例尺測圖，可通過對遮擋區域補攝、采用全畫幅相機獲取像片以及利用模型選取的高程點進行等高線生成等方法，提高測圖效率，進一步完善測圖流程，為今后開展無人機傾斜攝影多元化、產業化應用提供一定的研究基礎和參考。