無人機航測及地理信息技術在地形測繪中運用分析

秦茜

（北海市地理信息測繪中心，廣西 北海 536000）

0 引言

無人機航測作為一種新型技術，能夠與傳統技術結合運用，提升地形測繪工作效率，使測繪人員高質量的完成作業。當前，該技術普遍運用在大比例尺地形圖測繪及建筑物3D 建模等方面，可促進現代城市發展。然而在實踐運用過程中，存在一系列問題對地形測繪工作造成影響，因此，對無人機航測技術在地形測繪中的具體運用展開研究具有重要實踐價值。

1 無人機航測及地理信息技術

1.1 無人機技術

無人機航測技術是指借助飛行器替代人工的一種測繪方式，也稱作空中攝影測量。該技術與傳統測繪方式不同，具有明顯的效率優勢，同時提升測繪數據的準確性。①無人機航測技術在作業過程中無須沿用傳統的方式設立單獨場所。②在測繪作業前無須提前架設儀器，在使用期間的輻射和噪音較小。避免對技術人員身心健康造成影響。③無人機航測技術的自動化水平不斷攀升，利用計算機可進行數據信息處理，無人機技術在測量過程中可有效避免人為誤操作影響，使技術得到良好的運用。

該技術在作業過程中需要利用航空攝影測量設備、光電傳感器、全球定位系統等。其中，航空攝影設備中包括相機、CCD 攝像設備、圖像傳感器等。全球定位系統主要對測量區域進行精準劃分[1]。光電傳感器可在飛行過程中拍攝圖像和GPS 信息。在無人機中安裝以上設備即可開展地形測繪工作，對區域內的地形信息進行記錄，可有效實現精準測繪、自動處理數據等。

該技術在運用過程中主要分為以下步驟：①依據具體的測繪任務需求選擇無人機類型，其飛行高度需要根據測繪區域的實際情況進行設計，通常情況下常運用中小型無人機開展測繪作業。②無人機航測通常根據旁向航線設計。③明確相控點數量、位置、飛行高度等信息用以設置航拍參數。拍攝時選擇合理的角度和時間。

1.2 地理信息技術

該技術作為一種綜合技術，具備全球定位、圖像采集、綜合遙感等功能，主要利用交會原理對物體位置進行監控，進而實現精準定位，利用遙感技術輔助，和各類操控設備的使用，可隨時收集區域內的地理信息，進而使遙感數據更加準確。利用以上功能的相互結合，可對不同地理位置的地形展開測繪工作，提升野外作業效率和數據精度，降低誤差，有效提高地形測繪的準確度。

2 無人機航測在地形測繪中的具體運用

2.1 前期準備

2.1.1 測量技術準備

無人機航測技術便捷、高效，能夠滿足不同地形的測繪需求，其為地形測繪工作提供了新的發展契機。該技術利用衛星傳輸信號開展作業。所以，在實際運用過程中易受到電磁、惡劣天氣等因素的干擾，使無人機測繪數據的精準度下降。對此，技術人員需要在測繪前做好準備工作，根據各項規定實行操作，進而降低數據誤差。首先，對測繪地塊進行實地調查，對地貌、地形等情況充分了解。其次，做好設備準備工作，無人機航測系統由控制設備、攝影系統、起飛平臺等構成，在實際運用過程中，控制設備對無人機航測系統性能起到重要影響，需要科學利用安裝方法，進而準確獲取待測區域的遙感影像數據，為無人機航測系統提供可參考的數據信息。最后，重視各環節的準備工作提升無人機航測系統的各項性能，進而使航測系統質量得到提升。其主要包括以下3 點。

（1）對航線的設計檢查。該技術在低空測量時，需要合理設計航線，對拍攝位置和航線進行明確。才能夠降低測量誤差，將整體航線視作一個整體。再將相機固定在指定位置拍攝，進而提升測量的準確性[2]。

（2）處理與分析數據。在運用該技術過程中，需要對收集到的影像數據進行處理和分析，總結出地形特征，為后續工作提供參考。不僅需要合理選擇控制點，對其進行精準標定。還需要科學調整攝影參數，利用內業處理數據。

（3）技術人員需要對待測區域內的植物、地形、地貌等進行掌握，才能夠靈活調整航測參數，提升測量數據的準確性。

2.1.2 儀器準備

（1）利用專業的無人機航測系統即可對測量數據和信息進行處理，以此提升無人機航測系統的自動化程度和穩定性。設備在低空測量時會受到風速、天氣等因素的干擾。導致測量數據不準確。對此為提升無人機航測數據的精確度，需要技術人員在測量前進行科學調試。

（2）無人機航測系統具備自動化功能，可實現自動攝影測量和自動返航，利用GPS 接收機、控制系統等設備實現高效作業。人員在測繪前需要充分了解各類儀器的功能，保障測繪質量，進而為后續工作開展提供準確的數據支撐。

（3）測繪儀器設備主要具備以下功能：在待測區域的起降平臺能夠自動升降，并對整個區域進行實時監控，在低空測量期間對各項數據進行記錄。

2.2 數據采集

2.2.1 設置飛行高度

無人機航測及地理信息技術在實踐過程中能夠進行大比例尺地形圖測繪。同時保障測量的安全性，提升測繪效率及質量，所以，該技術在地形測繪中獲得廣泛運用。在實踐運用過程中，應根據項目的實際情況科學選擇飛行方式和航線。

在應用該技術時，應充分考量具體的地形特點，根據實際測量需求確定飛行高度，把控飛行速度。若是地形特征較為復雜，可采用低空、大范圍的測量方式，確保測繪效果的準確性。而若是地形平坦的區域，則可選擇高速飛行的方式，提升測繪效率。例如，在測量某地塊時，相關人員設置1/8000m 的航飛方式，使測繪數據更加可靠。

2.2.2 規劃正確航線

在測量工作開始前，技術人員應規劃航飛路線，再根據實際情況選擇設備型號和飛行方式，確保設備的高效運行。設計時應保障航飛路線對飛行區域進行全面覆蓋，避免產生盲區。航線規劃工作應根據實際地形特征開展，保障后續的測繪效果更加理想。在無人機測繪作業前，需要合理布設像控點，根據實際情況科學布設，滿足幾何強度需求并根據密度規范要求合理布設，在此期間盡量選擇便于查看的位置，如斑馬線等處，周圍應有明顯的標志物，利用人工噴漆的方式標記位置，選擇無遮擋、固定的區域作為像控點。此外，若是布設區域地形復雜，需要根據實際需求酌情增加像控點數量。將精度控制在5cm 范圍內，再通過RTK 定位進行把控，確保數據的準確性。

無人機飛行過程中會受到天氣的影響，對此，可采用低空飛行的方式，減少環境的影響，提升結果的精準度。技術人員可根據航線間隔和高度靈活調整航線，在此期間需要合理測量距離，針對特殊地形進行航線調整，例如，在山地區域開展測繪工作需要根據地勢起伏同步調整航線，確保測繪質量。此外，在規劃航線和作業期間會遇到惡劣天氣，如暴雨、強風等，需要人員調整測量時間，確保航測工作能夠達到安全作業的標準。例如，在特殊地形測繪過程中需要合理確定航線間隔，才能夠及時根據氣候條件調整測繪時間。

2.3 空中三角測量

無人機航測技術主要通過衛星定位系統實現地形測繪工作，在此期間，主要受到衛星運行情況的干擾，存在一定誤差。在地形測繪視角來看，這類誤差是合理的，可通過技術手段將誤差控制在最小范圍內[3]。這需要人員在測繪過程中嚴格遵守操作規定，確保測繪工作高效開展。①可利用GPS 衛星定位系統，獲得待測區域的具體坐標數據，再利用無人機進行拍攝并提取出圖像。②利用GIS 技術獲取待測量區域的坐標和高程數據，進而實現地形測繪的合理管控。

空中三角測量技術需要人員在地面控制點獲取相關信息，通過GPS 系統定位無人機飛行期間的位置情況。在無人機操作階段，通過攝影系統獲取區域內的空中三角測量數據。在此過程中，應借助全站儀對周圍的坐標及高程數據進行收集。在選取地面控制點時，應選擇便于管理、交通便利的地點。無人機在對地面控制點數據進行采集時通常利用固定方式。若是控制點分布均勻且數量較多則可利用分段采集的方式布設控制點。

空中三角測量流程，①應先利用GPS 定位獲取無人機航測階段的數據。②利用GIS 技術獲取地區坐標及高程信息。③借助攝影方式獲取地面控制點信息。其主要包括航攝像片獲取部分、空中三角測量部分、影像預處理部分。在測量期間需要利用航攝像片測量地區實際數據，為后續空三加密工作提供參考。在獲取航攝片時常利用DEM 進行采集，這是由于該模型不但能夠提供基礎信息，同時還是地面高程信息和控制點信息的重要數據來源。所以無人機技術運用過程中常利用DEM 作為主要數據來源。該部分數據常采用數碼相機拍攝影像，再通過軟件進行預處理。在采集航攝照片時需要設置靜態模式，再對地面控制點和空中三角數據進行采集。空中三角測量過程可利用GIS 系統獲取地面控制點和高程信息，該系統與無人機技術相融合還可發揮出良好的測繪作用，解決技術中存在的問題。GIS 系統可在無人機航測階段中提供數據支撐。

2.4 采集航測內業數據

內業數據采集主要包括以下流程：①依據無人機影像資料情況制定具體航測計劃，并以此作為飛行依據。在此期間需要重點規劃航線。技術人員應嚴格遵循方案進行數據采集。②在航測前重視各項工作的準備，例如，場地、儀器設備等。③在航測期間，需要充分了解飛行實際需求。科學選擇航測角度和高度，加強安全防護意識。④在航測完成后應立即開展數據整理工作，例如，檢查數據的全面性，并將其生成文件進行整理。

航測內業是指根據預定的計劃開展數字測圖工作。在作業前應根據方案開展分析、研究工作。①充分考量航測內業工作開展過程中的各項影響因素。具體包括：影像重疊度、地物點的采集、飛行航線設計等。②選擇攝影參數，做好調繪工作。③充分做好數據采集準備工作，檢查設備，完善航測方案。在完成航測內業后需要將原始圖像與其進行對比，并做好數據記錄。在此過程中需要關注以下問題：首先，保障圖像完整，影像圖所對應的數據誤差需要滿足要求，其次，確保無人機實際情況與所傳輸的影像圖相符[4]。最后，影像圖中的地點和標志物要與實際相符。技術人員應密切注意以上問題，才能夠確保所采集的影像圖符合需求。

2.5 影像處理

無人機及地理信息技術所收集到的數據信息精確度較高，將這部分數據進行處理可提升地面數據的準確度。并且及時糾正和優化可使影像更加清晰，為后續工作提供參考。通常，在對原始航測圖進行糾正時需要利用航測數據，在后續處理圖像時可有效避免影像內容畸變，消除不同地標物的顏色差異。然而，在糾正后還需要適當對其進行增強處理，這是由于原始航測圖像分辨率有限，對后續作業流程的順利推進造成干擾。若是未對原始圖像進行處理，就會使其與真實情況之間存在一定差異。導致測繪效果不佳。在增強影像時為使效果得到提升，可利用無人機航測系統獲取數據，再借助專業軟件進行處理，例如利用MapInfo 獲取地面模型，再通過設置不同參數調整圖像，從而滿足后續地形測繪需求。為提升測繪數據質量可將DEM 和DOM 進行增強處理，從而提升圖像數據的質量。

2.6 制作地面模型及正射影像

在地形測繪作業過程中，制作數字正射影像和數字地面模型是一項重要內容。制作期間會利用到大量的數據，需要技術人員開展多次測繪作業。合理選擇數據處理流程，對提升地面模型和正射影像質量具有積極作用。所以，在制作過程中，需要利用人工方式對飛行數據進行分析。再借助專業軟件對數據、圖像等進行處理，從而生成數字地面模型，以此滿足后續地形測繪需求，為保障數據質量，需要科學選擇航測數據。技術人員需要預先對DEM 進行檢查，根據實際需求選擇數據[5]。在處理影像數據時，應保障其精度達到標準，才能進一步利用軟件進行處理，使其滿足后續地形測繪需求。在處理影像時應充分運用各項航測數據信息，將其作為參考數據，調整飛行高度、攝影參數等。再對DOM和DEM 數據進行分類，依據實際項目情況做出調整，進而實現后期地形測繪工作的高效開展。

3 結語

科技水平的發展，地形測繪工作受到社會各界的普遍關注，無人機航測技術的運用為地形測繪工作提供了極大的便利，其與傳統技術相比，具有機動靈活、高效快速、精細準確等顯著優勢，為規劃建設提供有力的技術保障，促進自然資源管理工作的有效提升。