探析無人機航空測繪技術在地形測繪中的應用

程少強

（福建省閩西地質大隊廈門閩礦測繪院，福建廈門 361000）

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，工程建設前的地形測繪工作越來越重要，但是，惡劣的氣候及地形環境，給測繪工作帶來了一定的困難。地形測繪工作不但要求具有高精度，還要求更高的測繪效率，以滿足不同的氣候、地形環境下的作業。無人機航空測繪技術作為新興技術，在地形測繪工作中被大力推廣和使用，并不斷被完善，尤其在高海拔地區，無人機航空測繪技術可以高效精確地從不同角度采集地形圖像，獲取測繪工作所需的信息數據。但無人機航空測繪技術在地形測繪中的應用還存在一些問題，因此，分析無人機航空測繪技術的特點，解決其在地形測繪中遇到的難題，對工程建設具有很重要的意義[1]。

1 無人機航空測繪技術的概念和優勢

1.1 概念

無人機航空測繪技術（圖1）是一種新型的地形測繪技術，該技術主要以無人機作為飛行平臺，以先進設備作為傳感器，運用3S技術（地理信息系統、遙感技術、全球定位系統）對測繪數據信息進行收集，從而有效測繪地形。與傳統地形測繪技術相比，無人機航空測繪技術的應用有靈活性高、成本低、效率高等優勢，可以更好地滿足現代地形測繪的實際要求。

圖1 無人機航空測繪技術

1.2 優勢

無人機航空測繪技術的優勢包括：①測繪效率高。運用無人機航空測繪技術可以明顯提升地形測繪的效率，有效處理地形測繪中遇到的相關問題，進而提升測繪水平。②兼容性良好。在地形測繪工作中，單一的遙感技術無法確保測繪數據的準確性，而無人機航空測繪技術能夠實現對多種技術的有效協同，確保相關測繪工作的高效、高質完成。③監測范圍大。通過無人機航空測繪技術，可以實施小規模測繪，顯著提升測繪效果。同時，在現代科學技術迅速發展的背景下，無人機航空測繪技術水平也得到了顯著提升，監測范圍不斷擴大。在測繪工程中能夠針對不同范圍開展精準測繪，還能實現三維立體測繪，從而顯著提升測繪數據的直觀性[2]。

2 無人機航空測繪技術的特點

無人機可以重復使用，可以攜帶電子設備，在不同條件下完成各種飛行、拍攝等任務。無人機航空測繪技術就是利用無人機搭載航空設備，通過操控無人機，從不同的角度和距離，對實景地形進行拍攝、取像、信息收集的新型測繪技術。無人機航空測繪技術是集合無人駕駛、遙感傳感、遙測遙控、衛星通信、全球定位、航空飛行等技術，從而對地形地貌、自然環境等進行影像信息資料收集。該技術具有以下特點。

2.1 靈活性高

無人機航空測繪技術與早期的航拍測繪技術相比，具有較高的靈活性。首先，無人機體積較小、重量較輕，易于操控，而且飛行速度也不慢；其次，無人機對飛行條件的要求較低，不需要專門的跑道、塔臺等設施，可以在任何地形直接起飛執行任務；最后，無人機可在任何惡劣環境下進行測繪工作，無人機在執行作業時，地形地貌和自然環境對無人機的影響較小，即使在雨雪、霧霾等惡劣天氣中，無人機也能高效精準地執行測繪任務。

2.2 測繪效率高

在執行測繪工作的過程中，監測效率是一項重要的任務，如果在執行作業的過程中發生突發情況，導致監測效率低下，會給測繪作業帶來巨大的經濟損失，延誤工程進度。而無人機航空測繪技術有很高的監測效率，工作人員通過該技術實時反饋的數據信息，及時調整測繪方式，高效、準確、快速地處理突發事件，從而減少不必要的損失。

2.3 監測范圍大

無人機航空測繪技術在監測范圍上有很大的伸縮性，在執行作業時，可根據實際需求調整無人機的飛行高度，調節監測范圍。與早期測繪技術相比，無人機航空測繪技術的監測范圍得到進一步擴大，而且可以精確地完成監測任務（圖2）。

圖2 大比例測量

2.4 信息處理速度快

利用無人機航空測繪技術采集所需要的測繪影像數據后，會及時將數據傳輸到信息處理系統，然后信息處理系統會對數據進行計算分析，極大地加快了信息處理速度，提升整體測繪的工作效率。與衛星

信息處理相比，無人機航空測繪技術可以實現超低空飛行作業，獲取高分辨率影像資料和高度差、水平差等精確數據，為工作人員提供精確的數據，有效保障測繪工作的質量。

3 無人機航空測繪技術的使用流程

3.1 前期準備階段

使用無人機航空測繪技術繪制地形圖之前需要進行準備工作。首先，觀察所測區域的氣候環境及地形地質情況，并對周圍環境進行勘查，根據這些資料選擇合適的無人機機型，再對無人機的飛行航線進行規劃。其次，在對測繪區域進行勘測時需要有專業知識豐富的專家同行，派遣經驗豐富且技術純熟的無人機操控人員進行測繪，并確定航攝測繪區域的基準面情況，分析無人機航空測繪過程中的復雜情況和困難程度，對航攝區域的坐標范圍進行核查，以此保證無人機順利作業。最后，根據數據結果確定無人機的起飛及降落區域，同時在前期準備階段還需要對無人機的硬件設備進行檢查，主要包括監控設備、傳感器、遙感設備等。此外，還需要檢查硬件設備數據采集、分析、管理及檢索功能，保證不會因為設備原因影響測繪效果[3]。

3.2 外業實施階段

無人機航空測繪技術測繪地形圖需要進行外業測繪，其中主要包括制定無人機的航攝飛行方案和像控點布置方案。除此之外，還需要對無人機的飛行穩定性和飛行質量進行檢測，同時測繪像控點及外業的調繪內容。

目前，利用GPS測繪像控點的方式主要有3種，分別為GPS-RTK測繪、靜態測繪、快速靜態測繪。在選擇GPS測繪像控點時需要使像控點與無人機拍攝的影像位置重合，像控點的位置要有利于外業測繪。在大多數的條件下，像控點通常選擇在具有明顯標志的地角位置處。

3.3 內業實施階段

內業實施階段是對測繪結果進行信息處理的階段，包括對空三的加密工作，以此減少畸變差帶來的影響，同時還需要對相同控制點進行匹配。在應用無人機航空測繪技術測繪地形圖的過程中，需要利用GPS數據建立航帶內和各個航帶之間的聯系，利用POS數據及航帶內與各個航帶之間的關系獲取連接點，最后，利用大量的平差點減少粗差點（圖3）。

圖3 信息處理流程

4 無人機航空測繪技術的應用

4.1 加快信息處理速度

隨著科學技術的迅速發展，無人機航空測繪技術水平得到了顯著提升，同時相關技術也在不斷發展。運用無人機航空測繪技術進行地形測繪，獲取相關數據信息，能夠及時傳遞給相關部門，使技術人員能夠及時有效處理這些數據信息。與傳統衛星處理技術相比，無人機航空測繪技術在圖像分辨率等方面具備十分明顯的優勢，清晰度高，可以提升監測數據的準確性，高質量地完成測繪工程。

4.2 布設控制點

可以采用全場布設和非全場布設的方式對無人機航空測繪技術控制點進行布設。其中，全場布設方式精度較高，但是工作量較大，而非全場布設具有更高的工作效率，可以滿足相關精度要求，在實際應用更加廣泛。布設控制點時可以運用無人機航空測繪技術中重疊位置開展布設工作。在具體操作時，邊緣位置的影像部位經常會出現數據失真。因此，選取邊緣位置時需要重視對標記環節的有效處理。

4.3 采集、整理影像數據

在地形測繪工程中，采集以及整理影像數據是其中的重要內容，需要提前做好準備。首先，要確保無人機指南系統具備一定的精度，重視對無人機SD卡的安裝和檢查，整理與保存相關數據，確保其功能正常；其次，要保證無線信號可以收放自如，需要檢查無人機的接收信號功能；最后，通過Altizure軟件對無人機航線或測繪區域位置進行設定。

4.4 空三加密測繪

在對控制點進行有效布設的基礎上，以航測計劃為依據，采集測圖區域航拍圖像的相關數據，并依照所設計的航路方向、側向重疊、航線重疊落實飛行任務。在實際的數據采集中，因為地形的明顯變化、植被的遮擋等，使得部分測繪區域的影響數據無法有效采集，這樣就會在影像數據中“留白”，嚴重影響測繪的精度。為了有效解決上述問題，就需要實施空三加密測繪，即以航拍影像數據中的方位元素為依據，開展準確預算，然后制定消除干擾因素的方法，有效提升測繪精度[4]。

4.5 繪制地形圖

繪制地形圖是地形測繪工程中的最后一步，在獲得數據后將其輸入ArcGIS軟件。在ArcGIS軟件中，可以對樹林、橋梁等進行分層建模。同時還可以通過對攝影測繪進行矢量化處理后得到地形的主要特征，然后依照ArcGIS軟件中所得到的數據，對比地貌特征，從而得到更準確的圖形。需要注意的是，在對獲取區域地形、地貌的高程數據時，要將DSM軟件中數據與實際地貌測繪的高程數據有機結合，同時將兩者輸入ArcGIS軟件進行計算，從而生成有效的CAD（圖4）。

圖4 地形圖繪制

5 結語

在地形測繪工程中，無人機航空測繪技術的應用有著十分顯著的優勢，可以為測繪工作的高質、高效、順利開展提供有效幫助。所以為了促進地形測繪事業的良好、健康發展，相關工作人員需要在充分了解無人機航空測繪技術優勢充分了解的基礎上，增強自身的實踐操作能力，掌握相關原理，保證無人機航空測繪技術的有效應用。這樣不僅可以提升測繪效果和質量，還能夠保證相關數據信息的準確性，從而為地形測繪事業的健康、長遠發展奠定良好基礎。