無人機測繪技術(shù)在地形測量方面的應(yīng)用探討

文／劉寧 石城縣自然資源局 江西贛州 342700

引言：

近年來，在社會經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展的背景下，我國測量工程事業(yè)呈現(xiàn)了較為快速的發(fā)展態(tài)勢。其中地形測量是測量工程中非常重要的環(huán)節(jié)，做好地形測量工作，即積極開展控制測量與碎步測量作業(yè)，有助于全方位了解相關(guān)地區(qū)的地形情況，為土地開發(fā)利用、土地資源保護等提供有效參考憑據(jù)[1]。但需注意的是傳統(tǒng)人工測量方法存在一定局限，因此需與時俱進，合理科學(xué)應(yīng)用現(xiàn)代化測量技術(shù)。以其中的無人機測繪技術(shù)為例，具有機動靈活、快速高效、測量精準(zhǔn)度高、作業(yè)成本較低等諸多優(yōu)勢。因此，從地形測量工作效率及質(zhì)量全面提升角度考慮，本文圍繞“無人機測繪技術(shù)在地形測量方面的應(yīng)用”進行分析探討價值意義顯著。

1、無人機測繪技術(shù)的特點優(yōu)勢概述

無人機測繪技術(shù)在諸多測量工程領(lǐng)域均適用，結(jié)合實踐工作經(jīng)驗，將無人機測繪技術(shù)應(yīng)用在地形測量當(dāng)中，其主要特點優(yōu)勢如下：

1.1 測量靈活性高

將無人機測繪技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜的地形地貌區(qū)域當(dāng)中，能夠使測量工作流程得到有效簡化，使測量工作的精準(zhǔn)度及時效性得到有效保證，并且有助于測量工作人員人身安全的保證。同時，和傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)比較，無人機測繪技術(shù)可靠性、測量準(zhǔn)確度以及穩(wěn)定性均更高，能夠高效采集、整合、分析處理相關(guān)地形數(shù)據(jù)信息，使測量結(jié)果精準(zhǔn)度得到有效保證，使測量工作時間得到有效節(jié)約，成本得到有效節(jié)省，在體現(xiàn)測量高靈活性的基礎(chǔ)上，使地形測量工作的效率及質(zhì)量得到協(xié)同提高[2]。如下圖1 所示，為無人機測繪技術(shù)在復(fù)雜地形地貌區(qū)域中的測量工作現(xiàn)場圖。

圖1 無人機測繪技術(shù)在復(fù)雜地形地貌區(qū)域中的測量工作現(xiàn)場圖

1.2 測量辨識度高

基于地形測量工作當(dāng)中，無人機測繪技術(shù)能夠發(fā)揮出顯著的作用，有助于地形測量質(zhì)量水平的提高。而從其特點優(yōu)勢層面分析，測量辨識度高非常突出。比如，在對無人機遙感系統(tǒng)進行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，同時對遠程遙感裝置加以完善，可以使無人機測繪技術(shù)的可靠性及安全性得到有效保證。此外，在對攝影功能加以完善的基礎(chǔ)上，可以使低空飛行受到障礙物遮擋的問題得到有效避免，以此使地形測量成果的辨識度大大提升，使地形測量工作順利、有序進行。

1.3 測量成本較低

對于飛行平臺來說，能夠起到確保無人機飛行可靠性及安全性的作用，即使無人機從起飛到著陸全過程的安全性得到有效保證。與一般的直升機相比，無人機飛行平臺建設(shè)成本更低，同時無人機測量的精準(zhǔn)度與時效性與一般的飛行攝影技術(shù)相比明顯更高[3]。并且，無人機選用了有機高分子復(fù)合材料，自重質(zhì)量輕，投入應(yīng)用的年限比較長，維修保養(yǎng)成本比較低。此外，無人機配件兼容性、適配性、實用性均較高，在此條件下可以使無人機測繪技術(shù)的測量成本得到有效節(jié)省。

2、無人機測繪技術(shù)在地形測量中的基本工作流程分析

從地形測量工作效率及質(zhì)量提高角度考慮，在使用無人機測繪技術(shù)之前，明確基本工作流程至關(guān)重要。具體而言，其基本工作流程如下：

2.1 準(zhǔn)備處理環(huán)節(jié)

基于地形測量工作開展期間，需將相關(guān)資料收集好，確保相關(guān)設(shè)備、儀器準(zhǔn)備就位，并進行質(zhì)量檢測，保證相關(guān)設(shè)備能夠正常應(yīng)用，進而使后續(xù)測量工作能夠順利、有序進行。同時，搜集好現(xiàn)有資料，比如基礎(chǔ)資料信息基礎(chǔ)地形圖信息、衛(wèi)星影像資料信息等等，充分了解測區(qū)地理位置情況。將相機校驗完好之后，優(yōu)化調(diào)整方位元素、畸變參數(shù)等等，使后續(xù)測量問題的發(fā)生得到有效預(yù)防控制[4]。此外，所使用的設(shè)備還需做好檢查驗收等工作，以此使航拍的質(zhì)量得到有效保證。基于前期準(zhǔn)備工作環(huán)節(jié)，充分做好現(xiàn)場勘察作業(yè)工作，對起降位置加以明確，保證無人機設(shè)備處于安全可靠的作業(yè)范圍當(dāng)中。

2.2 航攝環(huán)節(jié)

在地形測量航攝環(huán)節(jié)，利用無人機測繪技術(shù)，需對航線進行合理科學(xué)設(shè)置，對專業(yè)軟件合理應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計飛行航線，確保后續(xù)航攝作業(yè)的可靠性及精準(zhǔn)性。與此同時，進行控制點設(shè)置，并開展測量作業(yè)。基于地面將基準(zhǔn)站設(shè)置好，通過動態(tài)后處理（PPK）技術(shù)，對位置進行準(zhǔn)確計算，進而使后續(xù)數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性及全面性得到有效保證。此外，對于控制點布設(shè)，需與相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求相符，在有必要的條件下，合理利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，對航攝坐標(biāo)充分明確，以此全面提高航攝作業(yè)的質(zhì)量。

2.3 影像獲取環(huán)節(jié)

在地形測量工作開展期間，以目前相關(guān)規(guī)范要求為依據(jù)，需做好無人機起飛前檢查作業(yè)，嚴(yán)格檢查、分析無人機的性能及質(zhì)量等，比如GBOX狀態(tài)檢查、相機檢查、跟蹤器檢查、升降翼檢查以及發(fā)射架檢查等，并對空速反應(yīng)、飛行定位進行相應(yīng)檢查，保證相關(guān)數(shù)據(jù)與飛行要求相符之后，再執(zhí)行航飛作業(yè)[5]。航飛期間，需以規(guī)劃完好的線路進行飛行，確保測區(qū)范圍內(nèi)所需測量的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、完整。并且，基于地面站層面分析，需監(jiān)控好無人機的飛行狀態(tài)，比如飛行速度、高度等，若有異常，及時上報，并采取有針對性的處理對策，以此確保無人機飛行的可靠性及安全性。此外，基于數(shù)據(jù)整理及檢查過程中，需認(rèn)真核對航攝數(shù)據(jù)信息，在明確沒有漏拍的基礎(chǔ)上，對攝片的清晰度進行檢查，針對模糊、質(zhì)量不達標(biāo)的航攝信息，需進一步進行補拍作業(yè)，以此確保無人機測繪整體工作任務(wù)的高效完成。

3、無人機測繪技術(shù)在地形測量方面的應(yīng)用要點分析

地形測量是一項系統(tǒng)化的工作，在明確無人機測繪技術(shù)在其中的基本工作流程的基礎(chǔ)上，還需掌握無人機測繪技術(shù)在其中的具體應(yīng)用要點。總結(jié)起來，具體技術(shù)應(yīng)用要點包括：

3.1 外業(yè)飛行作業(yè)要點

將無人機測繪技術(shù)應(yīng)用在地形測量過程中，需把控好外業(yè)飛行作業(yè)要點，首先進行現(xiàn)場調(diào)查作業(yè)。基于外業(yè)飛行前期，對相關(guān)航飛要求是否相符充分明確，確保外界溫度控制在-10℃到40℃范圍內(nèi)，保證外界天氣良好，避免處于風(fēng)雨雷電等惡劣天氣環(huán)境下進行飛行作業(yè)[6]。并檢查有無電磁干擾情況出現(xiàn)，比如明確周邊有無高壓電線、輸電站以及移動電話基站等等，使信號感染阻礙飛行得到有效避免。避免進入到限飛區(qū)域當(dāng)中，并避免進行隨意進行飛行作業(yè)，如下圖2 所示，其外業(yè)作業(yè)需按照以下流程嚴(yán)格執(zhí)行，并通過內(nèi)業(yè)空三加密處理，確保能夠獲取完整、可靠性及時效性高的測繪成果。

圖2 基于無人機測繪技術(shù)的地形圖測量外、內(nèi)業(yè)工作流程圖

當(dāng)然，在外業(yè)飛行作業(yè)環(huán)節(jié)，做好航線規(guī)劃工作也至關(guān)重要。基于航線規(guī)劃期間，需確保飛行路線處于鏡頭范圍當(dāng)中。從現(xiàn)狀來看，可在無人機測繪過程中應(yīng)用五鏡頭相機，使拍攝效果得到有效保證，1 鏡頭垂直向下，其余4 鏡頭和1 鏡頭維持45°角，確保周邊環(huán)境內(nèi)的全部內(nèi)容均可拍攝獲取得到。與此同時，基于航線規(guī)劃期間，需合理控制飛行高度，確保拍攝圖像的足夠清晰[7]。并適當(dāng)外擴測區(qū)，外擴范圍需和飛行高度之間保持一致性。并且，需合理控制航向重疊度，確保在同一航線內(nèi)相鄰拍攝點進行照片重疊度的拍攝；合理控制旁向重疊度，確保處于同一航線范圍內(nèi)相鄰拍攝點進行影像重疊度的拍攝；合理控制主航線角度，基于飛行高度調(diào)整過程中，需對飛行速度、時間合理控制，在統(tǒng)一調(diào)整的基礎(chǔ)上，保證拍攝的影像足夠清晰，并保證能夠?qū)Ρ粶y區(qū)域的具體情況充分掌握。在拍照模式方面，以測量工作現(xiàn)場實際情況，合理控制。總體而言，對于航向重疊度，一般控制在60%到80%之間，最低參數(shù)不能＞53%；對于旁向重疊度，一般控制在15%到60%之間。各項數(shù)據(jù)并非固定不變，需以測量工作現(xiàn)場實際情況為依據(jù)，進行合理調(diào)整。此外，對于航線高H.鏡頭焦距f.像元尺寸a.地面分辨率GSD，其計算公式為：H ＝f×GSD/a。

3.2 像控點布設(shè)要點

采取無人機測繪技術(shù)展開地形測量工作過程中，合理布設(shè)像控點至關(guān)重要。需以測量區(qū)域的實際情況，對無人機航測像控點進行均勻布設(shè)。對于各像控點之間，需確保具備一定的幾何強度，布點需與相關(guān)規(guī)范要求的密度相符，盡可能選取便于查找處理的位置，比如地物交叉點、房屋角點、斑馬線角點等。在缺少明顯的地物或者地標(biāo)情況下，可采取人工噴漆的方式，對布點進行詳細標(biāo)記。并且，對于像控點布設(shè)位置，需確保清晰、易識別，且固定不易移動，平整，沒有陰影，沒有外物遮擋等。在像控點布設(shè)密度方面，需以測區(qū)地形、測繪精度要求為依據(jù)，充分明確。若測區(qū)地形地貌比較復(fù)雜，需合理增加像控點。在像控點坐標(biāo)、高程采集方面，其精度需控制在≤5cm，一般采取實時動態(tài)載波相位差分（RTK）技術(shù)[8]。期間，需確保RTK接收機和無人機網(wǎng)絡(luò)接入點、端口的一致性，進而確保能夠獲得精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)信息。此外，基于后續(xù)室內(nèi)資料處理過程中，可以對相關(guān)軟件合理利用，將像控點坐標(biāo)信息導(dǎo)入，通過對控制點的測點處理，針對影像數(shù)據(jù)當(dāng)中與相關(guān)要求不符的像控點合理調(diào)整，進而確保像控點布設(shè)工作環(huán)節(jié)質(zhì)量水平的全面提高。

3.3 空中三角測量及補充測量要點

空中三角測量與補充測量為地形測量的重點工作環(huán)節(jié)，在應(yīng)用無人機測繪技術(shù)期間，需把控的技術(shù)要點如下：

（1）空中三角測量技術(shù)要點。空中三角測量，又稱為“空三加密測量”，主要對已知的像控點坐標(biāo)合理利用，并采取攝影測量解析法，對所有影像的外方位元素求解出來之后，確保每一個模型已知點≥4 個[9]。從現(xiàn)狀來看，God Work 空三軟件應(yīng)用廣泛，其具備全自動處理功能，看獲取精準(zhǔn)的影像自動匹配航向與旁向像點，然后以外業(yè)控制點為依據(jù)，對獲取的影像數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)處理，將像片的外方位元素獲取出來之后，再通過雙像或者對像空間前方交會法，得到所有加密點的地面坐標(biāo)數(shù)據(jù)。此外，基于無人機航測作業(yè)過程中，得到的是若干個獨立影像，需拼接連接點，確保測量成果的精度，進一步保證獲取的地形測繪成果質(zhì)量達標(biāo)。如下圖3 所示，為空三加密測量作業(yè)工作流程圖。

圖3 空三加密測量作業(yè)工作流程圖

（2）補充測量技術(shù)要點。基于地形測量工作期間，測區(qū)范圍內(nèi)可能有無人機航測盲區(qū)存在。對此，相關(guān)測量工作人員需結(jié)合測區(qū)的具體情況，對無人機航線、像控點進行合理科學(xué)布置，避免出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象，確保獲取的航測數(shù)據(jù)的時效性、真實性及完整性[10]。與此同時，需嚴(yán)格校核得到的測量影像數(shù)據(jù)，針對存在測量遺漏的區(qū)域，需及時展開補充測量作業(yè)。或者，采取外業(yè)調(diào)繪方式，檢驗分析初步形成的地形資料，使測量誤差控制在合理范圍內(nèi)，進一步保證地形測繪成果的完整性、可靠性及準(zhǔn)確性。

結(jié)語：

綜上所述，無人機測繪技術(shù)在地形測量中應(yīng)用的特點優(yōu)勢突出，集中體現(xiàn)在測量靈活性高、測量辨識度高、測量成本較低等方面。因此，在地形測量工作中應(yīng)用無人機測繪技術(shù)，需做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，然后按照基本工作流程，做好航攝、影像獲取等工作。此外，還需落實外業(yè)飛行作業(yè)、像控點布設(shè)、空中三角測量、補充測量技術(shù)要點等，以此充分發(fā)揮無人機測繪技術(shù)的價值作用，促進地形測量工作效率及質(zhì)量的全面提升，并為地形測量工作事業(yè)的穩(wěn)步、可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。