無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用探討

蔡安宏

(江西省瑞華國土勘測規劃工程有限公司 江西南昌 330000)

近年來，社會經濟的穩步發展，很大程度上帶動了我國工程建設事業的發展。在工程建設過程中，測量是必不可少的一個工作環節。為確保測量結果的準確性與科學性，則需采取現代化測量技術方法。例如：在數字化地形測量過程中，可以合理應用無人機攝影測量技術，發揮此項測量技術的優勢：可靠性好、靈活性強、安全性高等，有助于數字化地形測量結果準確性的提高，并為工程建設工作項目開展提供有效數據支持[1]。鑒于此，為充分發揮無人機攝影測量技術的作用，全面提高數字化地形測量工作的效率與質量，本文對“無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用”進行分析探討。

1 無人機攝影測量技術的特點和優勢

無人機航攝測量技術在測量工程領域應用廣泛，特點優勢鮮明。其中，無人機即利用無線電遙控設備或者機載計算機程控系統進行操控的不載人飛行器。其在結構方面比較簡單，且應用成本比較低，可以使有人駕駛飛機執行的任務高效完成，對于有人飛機不適宜執行的任務也能夠高效完成，尤其是在突發事件、預警等工作中的作用顯著。從無人機攝影測量技術應用優勢層面分析，主要體現在以下方面。

1.1 可靠性好

無人機攝影測量作業通常是處于50～1 000 m高度范圍內的飛行任務，以近景航空攝影為依據，使相應的測量任務執行完成，其測量精度可達0.1～0.5 m，可使測量工程項目在數字化地形測量作業中的精度要求得到有效滿足。與此同時，在合理使用無人機的基礎上，可進行可視化拍攝作業，能夠將拍攝區域、位置、飛行軌跡、海拔高度等各項信息內容準確顯示出來。需注意的是，在無人機攝影測量過程中，主要任務有飛行和拍攝兩項。確定無人機拍攝目標之后，利用系統圖將無人機攝影測量過程的飛行任務軌跡顯示出來，進而可以對遺漏的拍攝點及存在重疊情況的拍攝區域進行仔細分析，在分析討論后，可進行重拍、補拍，以此使攝影測量任務完整、高效完成[2-3]。由此可見，無人機攝影測量技術可靠性較好，在數字化地形測量工作中值得借鑒與應用。

1.2 靈活性強

在工程測繪工作開展期間，合理應用無人機攝影測量技術，具備靈活性強、受氣候、地域環境等影響較低的優勢，可以確保測量作業順利、有序進行。無人機可在短時間起飛，操作簡單、靈活，通常在地形攝影測量上1 d可以完成200 km2的攝影測量任務。

1.3 安全性高

在既往工作中，工程測繪會使用傳統的衛星遙控技術，但是測量工作過程容易受到一些外在因素的影響，比如云層因素、地形因素等，使測量結果的準確性難以得到有效保證；同時，還會對工程測量工作人員的人身安全構成一定威脅[4]。無人機攝影測量技術安全性更高，在無人駕駛測量的基礎上，可以按照測量規范要求執行工程測量任務，保證測量作業的效率及精度。工作人員只需按照既定軌跡線路操控無人機，在此情況下能夠保證工作人員在測量工作中的安全性。圖1為無人機攝影測量現場工作局部圖。

2 無人機攝影測量技術測圖原理、方法及原則

為提高無人機攝影測量技術的應用價值，在工程測量工作開展期間，需了解其技術測圖原理、方法及原則。具體敘述如下。

2.1 測圖原理

在工程測量工作開展，利用無人機攝影測量技術其測圖基本原理為：對地面中的地形、地物等相關物體的三維坐標加以明確，對相關信息進行詳細描述，進一步傳輸至計算機系統當中，利用計算機繪圖技術進行處理，并按比例輸出和工程保持一致的地形圖[5]。從航攝測量單相片測圖層面分析，其原理為使中心投影實現透視轉變；從立體測圖原理層面分析，即在實際投影期間實現幾何反轉。

2.2 測圖方法

在無人機航攝作業過程中，其測圖有以下3 種方法。

2.2.1 綜合測圖法

在地形比較平坦的區域進行大比例尺測圖作業，在單張像片測圖中，這種測圖方法較為適用。在綜合測圖過程中，需合理應用攝影測量技術與平板儀器。通過綜合測圖，能夠對平板儀器測量出來的地面確定的高程、等高線，進一步根據航攝影片信息，對地面點所處的平面位置確定下來。

2.2.2 全面測圖法

全面測圖法適合測量山地使用。在全面測圖過程中，需在立體測圖設備內部將立體像布置好，在構建微小型地面幾何模型高的基礎上，對構建完好的地面幾何立體模型進行合理應用，以此有效開展相應的測繪作業，進一步對地面點所處平面位置、高程、等高線等信息加以明確，最終得出清晰、準確的地形圖。

2.2.3 分工測圖法

在丘陵地形區域，分工測圖方法適合使用。在分工測圖過程中，需分別獲取平面位置和高程等信息數據[6]。對于地面點所處位置、高程、等高線等信息，需應用立體測圖測量設備。

2.3 測圖原則

在無人機攝影測量技術應用過程中，需明確空中三角測量的基本原則，即在空中三角測量作業開展需校準定向點與標記點，結合測量工作實際要求，合理應用測量設備相關元素數據信息。與此同時，基于空中三角測量作業開展前期，工程測量單位需結合航空攝影質量書、野外操作控制圖表、具體的工作流程等，執行測圖任務，以此提高空中三角測量工作的規范性，進一步使空中三角測量結果的準確性得到有效保證。

3 無人機攝影測量技術在數字化地形測量的具體應用要點

為提高數字化地形測量工作的效率及質量，有必要合理科學地應用無人機攝影測量技術。此項技術的具體應用要點包括以下幾個方面。

3.1 布設像控點

在數字化地形測量工作開展期間，合理利用無人機攝影測量技術，需將像控點布設好，保證布設像控點清晰、明確。需注意的是，像控點布設活動復雜程度高，期間需注意區域網布設質控，并對像控點進行科學測量。在區域網布設過程中，必須合理應用平高點技術，并將4 條基線設置好。倘若處于偏遠地區開展測繪作業，則最少需要設置6條基線，同時將≥2條旁向跨度基線設置好，以此使測繪工作的精度得到有效保證[7]。若測量工作區域存在不規則特征情況，在區域網布設過程中，在拐角區域位置，需另外布設平高點。此外，在像控點測量過程中，需合理應用全球定位系統（Global Positioning System，GPS）技術、實時動態載波相位差分（Real Time Kinematic，RTK）技術，測繪工作人員還需合理應用相關測量設備工具，通過網絡系統和GPS-RTK系統的聯動，全面提高像控點測量結果的準確性。

3.2 空間三角測量

在數字化地形測量工作開展過程中，為確保測量結果的準確度，需做好空間三角測量作業。通過空間三角模型的構建，并根據相關理論，對加密點進行合理布設，進一步展開測量任務作業。基于加密點布設過程中，需選擇測量區域內較為突出的位置，并將各加密點之間的距離做好標記，以1∶1 000 的比例尺為例，在地圖上加密點距離需控制在＞1 mm。在山谷、河道等區域測量作業開展期間，需對航測節點的標準高度差合理提升，以此確保測繪作業的穩定性及可靠性[8]。在布設好加密點之后，進一步展開空間三角測量作業，即在做好測量前期準備工作的基礎上，明確定向，并傳輸測量數據。在空間三角測量過程中，測繪工作人員需對航測像素精度充分控制，結合測量工作項目具體情況，對精度控制要求進行合理調整，以此使空間三角測量成果符合工程項目要求。圖2為空三加密測量作業工作流程圖。

3.3 地形數據分析

在數字化地形測量工作中，應用無人機攝影測量技術，需做好地形數據的分析。一方面，獲取相關地形信息后，需合理利用計算機軟件對地形數據進行分析，例如：可對CAD 等相關軟件合理應用，在進行數字化建模的基礎上，使獲取的各項地形信息得到有效轉化，為數字化地形測量工程項目的圖像數據分析工作提供有效支持。另一方面，將獲取的地形數據傳輸到系統之后，系統以自動配置的方式得到DSM 數據，進一步利用數據濾波對DEM地形圖像進行優化處理。此外，系統通過對航拍測量模塊的優化，可對其中存在的錯誤信息及時糾正，最終獲得正射影像數據。

3.4 外業補測

在數字化地形測量工作開展期間，無人機攝影測量技術的應用價值頗高，然而若處于復雜地形工程測量作業期間，存在很難獲得全面地形信息數據的情況。為了使能夠獲取更為完整的地形測量信息數據，則需進一步開展外業補測作業。在補測過程中，測繪工作人員需針對之前利用無人機攝影測量的內容展開校驗處理。結合實踐工作經驗來看，在外業補測期間需選取小范圍測量區域，對航拍測量內容進行校驗，通過對比分析，找出當中存在的誤差問題[9-10]。值得注意的是，測量工作人員需針對測區具體地形情況進行分析，將測量隱蔽點、困難點找出，然后組織開展人工外業補測作業活動。在外業補測的基礎上，進一步提升整體測量結果的準確性。

3.5 無人機航攝質量控制

在數字化地形測量工作開展期間，應用無人機攝影測量技術，需加強無人機航攝質量控制，具體質量控制要點如下。

3.5.1 起飛前檢查

無人機航攝之前，需做好起飛前檢查，確保檢查后，無人機可以按照既定軌跡穩定、安全化升空，執行飛行任務。（1）在滾轉檢查作業過程中，需保證滾角和陀螺零點準確，其中右滾數值需為“正數”；（2）在俯仰檢查過程中，需確保脫落俯仰角和零點均為向上正值；（3）在水平檢查期間，需安裝好飛控系統，合理設置滾轉角和俯仰角，確保能有效控制無人機飛行姿勢；（4）在轉速檢查過程中，相關工作人員需用手轉動發動機，然后通過對地面站的觀察，判斷轉速是否符合飛行標準；（5）在空速檢查過程中，工作人員需利用手將空速管前的氣流遮擋住，倘若數值趨近于“0”，則表示正常，若數值未發生任何變化，或數值增加，則為異常；（6）在震動試驗過程中，通過若干中轉速的分析判斷，對發動機傳感器數據的跳動情況進行仔細觀察，倘若有大幅度跳動情況發生，則需實施相應的減震處理措施；（7）在GPS定位檢查過程中，需確保啟動到GPS定位時間≤1 min，倘若定位時間＞5 min，則需進一步對GPS天線進行檢查，通過檢查，處理存在的異常情況，以此確保GPS定位的準確性。

3.5.2 地面站監控

無人機升空之后，地面站須立即對無人機的飛行狀態進行監控；與此同時，無人機操作人員須認真觀察無人機的飛行線路、高度、軌跡等信息，通過預設的飛行軌跡等信息，分析判斷無人機是否處于正常飛行狀態；若飛行異常，須及時處理，確保通過地面站監控，無人機能夠正常飛行，進一步保證無人機攝影測量成果的準確性、可靠性、真實性。

3.5.3 現場數據整理及檢查

在無人機攝影測量作業任務完成之后，相關工作人員需對現場采集的數據進行認真整理及檢查，例如：分析判斷相關航線記錄值與實際飛行影像數據有無保持一致；影像數據與曝光點數據信息有誤保持一致；等等。當然，還需將原始數據在信息系統中存儲好，通過數據整理分析，進一步以具體的航行數對各條航線的影像進行裝載，保證其數量相同。此外，需做好質量檢查與補飛作業，由現場航攝工作人員根據檢查記錄統計表，明確補飛區域，通過補飛保證工程測量數據信息的完整性，為后續工程建設工作的順利、有序開展提供客觀科學的參考依據支持。

4 結語

綜上所述，無人機攝影測量技術的特點優勢鮮明，可靠性好、靈活性強、安全性高，需了解無人機攝影測量技術測圖原理、方法及原則，并在無人機攝影測量技術應用過程中，合理布設像控點，做好空間三角測量、地形數據分析、外業補測等作業。此外，還需加強無人機航攝質控，做好起飛前檢查、地面站監控、現場數據整理及檢查等質控工作，以此確保無人機攝影測量技術應用價值的充分發揮，進一步全面提高數字化地形測量工作的效率與質量。