無人機航空攝影測量技術在地形測繪中的應用探討

吳姝君

（包頭市測繪地理信息研究院，內蒙古 包頭 014030）

我國城鎮基礎設施的不斷完善，對當地經濟的發展起到了很大的推動作用。而在社會建構的過程中，對土地資源的保護就顯得尤為重要。因此，在新的社會發展格局下，更要強化對土地資源的有效利用，從而保證我國經濟社會的穩定發展。采用無人機航拍測量技術，既可提高測繪精度，又可有效減輕測繪工作量，節省人力資源?？梢哉f，在地形圖制圖學中，強化無人機航拍技術的運用，不但可以提高城市的現代化建設水平，而且可以整體帶動整個城市的發展。

1 無人機航空攝影測量技術原理及特點

“隨著現代社會科技水平的不斷提高，無人機航拍技術的發展使得傳統的航拍技術得到了極大的改善?！盵1]在該技術的運用過程中，通過將航拍設備安裝到無人機上，可以對地面進行連續拍攝，而專業的操作員則可以通過對地面控制點的測繪來完成對地面的測繪。

1.1 無人機航空攝影測量的原理

在無人機航拍測量工作中，測量技術的工作原理為：在進行測量之前，根據不同的具體情況，確定最優的飛行路徑，確定起始點和落點，然后對無人機進行分配。根據每一項任務的具體內容，盡可能地簡化路線，保證無人機的使用成本最低，同時還能將需要的視頻和數據采集下來。在對這一次的工作任務有了一個大概的認識和探討之后，就可以挑選出一種適合自己的無人機，然后按照需要的攝像機數量和結構來挑選一種適合自己的平臺，然后按照無人機的實際情況，來挑選適合自己的攝像機。將合適的攝像機安裝在無人機上，并選擇一條最簡單、最合適的路徑，既能降低成本，又能將無人機在飛行中造成的傷害降到最低。

1.2 無人機航空攝影測量技術的特點

“無人機最大的優點就是方便，體積小，便于攜帶，有專門的駕駛員駕駛，可以迅速抵達目的地”[2]。正常情況下，無人機的工作并不會受到天氣的影響，但如果遇到極端惡劣的天氣，他們就得另外找個合適的日子了。而且它對著陸地點的要求也不高，不像普通的飛機那樣，需要一條長長的跑道才能起飛。起降很方便，一般都是在人跡罕至的公路、草地、空地上，用降落傘或者遙控滑翔就能完成。“無人機航拍測量是一種利用高精度數字相機和攝像機協同工作來高效獲取空間信息的方法，具有高效率、高速度、高靈活性、靈活性強的優點，可以實現對視頻圖像的實時、精確采集，對人力、物力等資源的需求非常小”[3]。它具有很廣的應用范圍，能夠到達人類無法到達的任何地點，能夠高效地采集到無人之境或者是一些難度較大的地區的高清晰度的航拍圖像。因為無人機的體積很小，而且很靈活，所以和傳統的攝影測量技術相比，它不需要人工控制，只要在起飛之前，事先設定好一條航線，就可以保證飛機的平穩飛行，同時還可以將所拍到的一切信息都傳輸到平臺上，整個過程都是保密的，而且不會因為意外而影響到數據的收集。

2 無人機航空攝影測量技術的優勢

無人機航拍技術以其獨特的技術特點，在地形測繪中運用，可以保證測繪成果的質量，為測繪人員提供更為準確的地形資料。無人機以其靈活、便捷的特性，可在天空中任意移動，可從多個方位、多角度獲取地貌影像，可有效克服復雜地貌對測繪作業造成的干擾，同時搭載于無人機上的其它高科技手段也可保證采集的影像質量。在此基礎上，對無人機航拍測量的優勢進行了分析。

2.1 操作簡單快捷

無人機航拍測量技術以計算機系統為主，在測量之前，只要將控制命令輸入無人機中，無人機就可以根據測量指示執行任務，該方式簡便、快速，可以在很短的時間內完成大范圍的測繪。該方法相對于常規測量方式而言，不需要耗費太多的人力物力，也不需要事先在特定地點設置測量設備，只需將無人機發射到測量點，就可以實現對目標的實時采集。一名工人就可以操縱多架無人機，一人一天就可以完成許多人一星期的測量工作。無人機攝影測量技術因為操作簡便，在測繪產業中得到了廣泛的應用，伴隨著相關技術的發展與創新，它的應用領域也在逐步擴展，在今后它將會是業界的一項重要的應用。

2.2 作業成本較低

傳統的地形測繪方式，其費用投入較高，尤其是人力、時間等方面。傳統的測繪方式是先在測區布設測量設備，再進行協同作業，受地形條件的制約，其成果的準確性不高，因此，如果要獲得更快的施工進度，就必須耗費大量的人力物力。無人機航拍測量是一種有效的手段，由于其工作地點多在天空，因此對其測量的因素很少，盡管惡劣天氣會對其飛行造成一定的影響，但仍可選取有利的氣象條件。在測量過程中，無人飛行器能夠迅速地調整觀測方位，對同一地區進行多組影像采集，并對采集到的影像進行分析，從而確定地貌特征。通常一個工作人員可以操縱多個或數十個無人機來完成拍攝，這樣既節約了人力，又保證了拍攝的效率。

2.3 拍攝精度較高

經過一段時間的發展，無人機航拍測量已經比較成熟，利用無人機航拍測量可以得到更高的測量精度。同時，該系統還采用了各種先進的攝影、定位技術，使得該方法得到的數據誤差很小。對現代測繪產業來說，測繪精度是衡量其競爭力的一個重要指標，高精度的測繪成果代表著測繪單位的技術水平，因此，無人機航拍技術在測繪企業中得到了廣泛應用。另外，無人飛行器探測受地形干擾少，特別是受地形遮擋的影響，在空中進行探測可以得到廣闊的視角，大大提高了測繪效率，縮短了測繪工作的周期。“隨著測繪技術的進步，無人機航拍的速度也會越來越快，這將給測繪業帶來一次技術上的變革”[4]。

3 地形圖測繪期間無人機航空攝影測量技術的應用研究

3.1 無人機像控點布設

無人機航拍的精度常常受航拍點布設方式的影響，因此，在實際應用過程中，必須加強對航拍點的合理布設。在進行無人機航攝時，要遵循如下幾個原則：一是要把像點布置在地面上容易辨認的地方，例如十字路口交叉、斑馬線等。但有些路標并沒有被用來安放，例如，沒有固定標記物或者沒有檢測價值的標記物。二是對影像控點的設置，應盡量設置在高差不大的地方，不宜在坡度有較大變化的地方設置。三是在選擇像控點時，應盡量避開周邊信號的干擾，尤其要避開高壓輸電線路，以減少對后續工作的不利影響。

3.2 加強對空中三角測量技術的應用

在正式開展測繪工作之前，工作人員還需要對具體的測繪需求進行分析，在完成了目標地區的信息收集之后，還需要對空間環境和測量環境進行全方位的調查。同時，專家還應根據測繪需求，建立一套合理的無人飛行器的飛行航路，使空三工作得以順利進行。在運用空三技術時，科技人員也要強化空中加密技術的運用，按照測量需求，對空地位置進行加密，提高相機的特異性，在測量過程中，若遇到一些特別的地形，也要精確地控制高程差，避免影響后續工作的質量和效果。另外，在平臺的定位上，還需要進行空三加密，在適當運用三角網的同時，要對其邊界進行合理的規劃。由于沒有專門的攝像機設備來支持，所以在技術操作過程中，技術人員也要根據實際情況來進行操作，為了防止在數據測量過程中產生錯誤，還需要強化專業處理軟件的應用，提高測量工作的準確性。

3.3 加強對聯測像片控制點的關注

無人機航測技術用于地形圖的制圖，需要借助聯測影像控制點，即在完成了對攝影測量控制點的加密之后，根據所獲得的地理信息來進行測繪。從一定意義上來說，影像的精度會被影像控制點所影響，因此，在具體的制圖工作中，工作人員也必須嚴格地根據實際情況來確定像片控制點的位置。在這段時間里，工作人員必須把控制點的誤差保持在一個合理的范圍之內，從而減少其它在使用過程中發生的問題。在技術作業中，在精確控制基準線的同時，還要結合測繪比例尺特征，對基準控制點進行預測分析，根據全國基本控制點的不同需求，進行GPS 技術的應用與數據測量，從而實現在水平與豎向交會處的基線控制。然而，這種方法更適用于平坦的土地，并且在使用GPS 技術進行像片控制點的時候，工作人員必須對設備進行有效的檢測，以減少工作人員的工作量。

3.4 加強對數字線劃圖技術的應用

在運用數字線繪圖技術的過程中，工作人員也要借助全數碼攝影測量工作站的協助，進行繪圖分析，并借助軟件技術來實現測量結果的格式調整。為了確保測繪工作的高效進行，工作人員應在工作過程中嚴格遵循數據模型，對工作方向進行調整，尤其要關注的是，數據結果可能會受人為干擾，因此，在工作和技術操作過程中，要盡量提高影像數據的精度，防止人為造成的不利影響。換句話說，只有充分利用測繪工作者的專業能力，在保證數據精度的前提下，不斷完善已有工作中存在的問題，為測繪工作提供更精確、更完備的信息數據支撐。

3.5 DOM 工藝技術的應用

所謂DOM 技術，是指對照片或數據信息進行二次加工，在實時的測量數據獲取過程中，可以對偏差數據進行校正管理，并根據系統的操作要求，對數據信息進行馬賽克處理，從而提高圖像信息的總體清晰度和準確性。在測繪工作的實施與運行過程中，為了充分利用DOM 的技術優勢，無人機還需要對影像信息和數據進行及時的整理研究，以保證在測繪過程中獲得更多、更高價值的數據信息。

3.6 誤差糾正技術

在地形圖制圖中，不可避免地會產生一些誤差，而用有關的方法來修正這些誤差是十分重要的。在自動采集數據的過程中，相機鏡頭內的光會發生折射、反射，從而產生一些誤差。在資料處理方面，可以利用射線在傳輸時的路徑改變特征來處理資料，以達到校正資料的目標。錯誤修正技術是通過建立一種數學模型，把公共數據錯誤納入模型中，并針對這些錯誤特征選取相應的處理方式，保證了錯誤的準確性。除此之外，它還配備有一套校正誤差的功能，比如當無人機飛行到某一高度時，由于大氣中有水分，會使光線發生折射、散射、反射等現象，當系統收到這些光線信息后，可以依據這些光線的變化特征來修正數據，以保證測量數據的準確性。

4 無人機航空攝影測量技術發展展望

無人機航拍技術比較成熟，但隨著科技的發展，會有更多的新技術被運用到無人機上。隨著無人值守航測工作的智能化水平不斷提高，由計算機實現對無人機的自動操控，一名技術員可操控成百上千臺無人機完成測繪任務，大幅減少企業在地面測繪方面的投資。在今后的發展中，無人機航測技術將向更高的智能化、更高的精度方向發展，為我國的測繪業提供更好的服務。

4.1 智能程度更高

“讓無人飛行器具有人類智能是業界研究者們長期致力的目標，因為它可以更快、更精確地完成各種任務”[5]。從智能發展的角度來看，計算機算法的升級是至關重要的，尤其是對測量流程處理的算法，無人機系統不僅要按照測量流程來進行測量，還要在發生突發狀況時，對其進行自動調整，從而提高測量工作的質量。高智商讓它能適應更復雜的工作環境，而地形測繪則可以由它來完成。另外，無人機還可以在不需要測量人員的情況下，自行選取最優的測量高度、角度來確定當前的區域。

4.2 測量精度更高

測量精度是一個至關重要的問題，在許多行業中，提高測量精度可以節約大量的資金。在地形測繪中，提高測量精度有利于人們對地形的認識，其提高主要體現在：地形區域與邊界區域的數據誤差減小，以及地形所處的空間坐標更為精確。同時，無人機還可以在高空執行任務，由于拍照精度的提高，其優點是可以獲取更多的視角和更全面的地形信息，而如果要獲取更準確的地理信息，則可以將拍攝的高度調低。

5 結語

總之，在地形圖測圖工作中，有效運用無人機技術，不但可以提高地形圖的精度，而且可以極大地減輕工作人員的工作量，提高地形圖的制圖實效性。因此，在未來的工作中，有關部門更應加大對無人機航拍技術的研究與探討，在提高測繪工作品質與水平的大環境下，促進我國測繪業的可持續發展。