無人機三維測繪關鍵技術及其應用研究

摘""要：無人機測繪遙感是將無人機技術應用于測繪遙感領域而產生的新方向，是新型測繪遙感技術與航空平臺技術、信息技術、傳感器技術的高度集成。無人機憑借高效、精確、靈活等特點，已經在軍事、民用領域展示出重要價值。它主要是通過搭載各種傳感器、相機的方式實現地表三維信息的有效獲取，為城市規劃、國土利用、資源管理等工作提供重要支持。因此，需對無人機技術進行簡要概述，重點分析無人機三維測繪的關鍵技術及其應用，旨在為相關實踐提供一定指導。

關鍵詞：無人機""三維測繪""關鍵技術""傾斜航空攝影

中圖分類號：P231

Research"on"Key"Technologies"and"Applications"of"UAV"3D"Mapping

LI"Kai

Tianjin"Tianke"Shuchuang"Technology"Co.，"Ltd.，"Tianjin，"300000"China

Abstract："Unmanned"aerial"vehicle（UAV）"surveying"and"mapping"remote"sensing"is"a"new"direction"that"arises"from"the"application"of"UAV"technology"in"the"field"of"surveying"and"mapping"remote"sensing，"and"it"is"a"high"integration"of"new"surveying"and"mapping"remote"sensing"technology"with"aviation"platform"technology，"information"technology"and"sensor"technology."With"characteristics"of"high"efficiency，"precision，"flexibility，"have"demonstrated"significant"value"in"both"military"and"civil"fields."It"mainly"achieve"effective"access"to"three-dimensional"surface"information"through"the"installation"of"various"sensors"and"cameras，"providing"important"support"for"urban"planning，"land"use，"resource"management"and"other"work."Therefore，"a"brief"overview"of"UAV"technology"is"needed，"with"a"focus"on"analyzing"the"key"technology"and"application"of"UAV"3D"surveying"in"order"to"provide"guidance"for"relevant"practices.，

Key"Words："UAV;"3D"mapping;"Key"technology;"Oblique"aerial"photography

在科學技術不斷發展的大背景下，無人機測繪技術已經逐漸成為測繪領域不可缺少的重要工具。尤其是在三維測繪領域，其能夠憑借先進的傳感器和攝像設備針對地表三維信息進行高效、高質的獲取，并且顯示出靈活操作的重要特點，具有非常強的適用性，為城市規劃、土地管理、環境監測等工作提供重要技術支撐。因此，需對無人機三維測繪的關鍵技術進行關注，對其應用情況展開分析，促進無人機技術的更好發展。

1""無人機技術的優勢

無人機測繪技術涉及多個學科領域，其主要目的即實現飛行、導航、控制和通信等功能。具體來說，無人機可搭載高分辨率相機，通過低空飛行的方式開展航拍，獲得精度較高的影像，讓地表實際情況得以更為清晰地反映。同時，無人機三維測繪可開展立體化的測量與建模工作，讓數據獲取的精確度、方便性得到有效提升，顯示出高效、高質的特點[1]。

2""無人機三維測繪關鍵技術

2.1""傾斜航空攝影

測繪人員可以將無人機三維測繪技術與測區現場的環境結合在一起針對航飛線路展開規劃，讓不同航線的攝影航高、航線重疊情況、彎曲度、航向視場角等參數得到明確。一般來說，無人機開展傾斜航空攝影需要安裝多個鏡頭，從4個傾斜方向1個豎直方向實現地表影像的獲取，從而捕捉到地物的立體信息，與傳統垂直攝影相比顯示出更為豐富地物特征和更真實的地表模型。傾斜航空攝影通常使用專門設計的傾斜攝影系統，在能見度超出1"km且光線良好的狀態下操縱無人機，按照預定飛行計劃獲取高質量的傾斜攝影數據，包括連續的地面圖像、相機的傾斜角度和位置信息等，并對影像的清晰度、色彩色調等進行保證，讓不同地物可以獲得有效分辨，為后續的地物建模和三維重建打下良好基礎。對于每個架次完成的航攝數據，都需做好及時下載，并做好相應質檢工作，為后續的圖像校正、姿態解算、影像配準等處理工作打下基礎，進而生成最終的三維模型或傾斜攝影圖，將其廣泛應用在不同測繪領域當中[2]。

2.2""地面控制測量

在無人機開展航測之前，需要測繪人員做好相應的地面控制測量，針對測區的地形地貌、任務精度等因素展開綜合分析，并在現場做好控制點的分散布置，讓各處的控制點保持均勻分布狀態?？刂泣c的位置選擇主要是由全球定位系統（Globe"Positioning"System，GPS）等測量設備獲得，其位置精確度需與測繪項目的要求保持一致，并將其分布在整個測繪區域當中，確保覆蓋于預期的測繪任務范圍當中。在測量過程中，需對每個控制點的坐標使用適當坐標系做好準確記錄。無人機航拍時需借助GPS做好飛行軌跡精確性的有效保證，使航拍圖像與地面控制點實際位置保持在相匹配狀態，并在完成航拍后針對地面控制點做好驗證，一旦發現偏差需做好校正或重新測量，讓測繪圖像位置與實際位置保持一致。一般來說，地面控制測量多是在傾斜航空攝影完成后前往測區做出現場測量作業。

2.3""空中三角測量

空中三角測量（圖1）主要是利用無人機搭載的相機于不同位置拍攝同一目標的圖像，借助三角測量原理實現目標三維坐標的計算。在開展空中三角測量前，需對相機的布設位置進行關注，通常會在不同的位置和角度設置相機，從而獲得多個角度的圖像數據。三角測量通常需要利用ContextCapture"Center等專業軟件與無人機搭載的POS系統結合在一起，從獲得的像片中提取外方位元素，讓各級別的相片得到自動匹配、自由網平差處理，結合控制點坐標值和差分GPS數據展開平差迭代計算，經由重復聯合計算后獲得最終的平差結果。具體來說，需對原始數據進行一定整理后，將做好的block或txt文件導入新建工程的當中，對照片與POS數據的對應性做好檢查。接著，將軟件劃分為空三分區，對其實施無控空三加密作業，對影像是否存在分層進行檢查，為后續的控制點刺點工作提供便利；若存在分層現象，需對空三成果進行優化調整。接著，要對成果坐標系進行構建，并與外業采集的像控點坐標結合在一起，于關聯照片上開展刺點工作，并對每個控制點的影像數目進行控制，讓其保持在3張以上[3]。最后，要使用光束法展開平差計算作業，實現空三成果的有效檢測，若滿足要求即完成空三加密作業，若不滿足需對原因做出有效分析，繼續展開空三加密操作直到滿足相關要求。將空中三角測量技術應用在不同地形和場景的測繪任務當中，為地圖制作、工程測量、環境監測等領域提供了有效的數據支持。

2.4""實景三維建模

無人機通過搭載傳感器與特定軟件工具（見圖2），可對真實世界中的場景、建筑物、地形等進行高精度的處理，形成點云模型，通過此種三維數據集的方式將目標區域的表面形狀和結構準確地反映出來。在開展三維重建工作的過程中，可對ContextCapture"Center軟件的三維重建功能進行積極應用，將點云數據轉換為可視化的三維模型。三維軟件的應用使不同格網面片的影像紋理得到自動匹配，讓每個三維格網放置于最佳位置，促進幾何精度提升，形成三維尺度的密集點云，進一步強化模型的視覺效果，使其更加逼真。接著，測繪人員需以預先設定的優先級作為依據，針對不同區塊的點云數據進行順序分割，形成不規則的三角網，即TIN網，并且要對軟件優化算法進行積極應用，針對錯誤匹配的TIN網頂點進行刪除與修復，獲得更好的三維表現效果。同時，要將TIN網頂點的空間位置作為主要依據，向模型內部賦予紋理，使最佳視角的影像與被標記空間坐標得到有效匹配，讓影像得以粘貼于模型表面，進而影響精度更高的三維實景模型[5]。

3""無人機三維測繪關鍵技術的應用

3.1""國土測繪中的應用

國土測繪與土地資源管理效率存在極為密切的聯系，將無人機技術引入該領域，可對無人機三維測繪的優勢進行積極利用，針對國內國土資源數據展開精準搜集，為國內相關管理部門提供重要依據。具體來說，無人機三維測繪可對土地利用現狀、地形地貌、自然資源分布等信息進行高精度的搜集，并與三維模型技術充分結合在一起，讓獲得的數據可以更加直觀、立體的方式呈現出來，促使相關部門全面了解國土資源的實際使用情況和空間分布特征，制定出更加科學、精細的國土資源管理戰略，為動態化的國土資源管理提供重要支持。

3.2""環境監測中的應用

將無人機三維測繪技術用于環境監測可對航空影像的獲取快速性、高效性進行提升，讓相關工作人員更加清晰且迅速地了解環境中的各種情況，特別是排放污染物的情況。同時，無人機測繪獲得影像不僅可以讓工作人員直觀地觀察到相關污染情況，還可借助數據分析等技術，將環境變化的趨勢充分顯示出來，如植被生態監測、固體污染物監測等，均可在無人機測繪技術的應用下顯示出更強的監測效率與質量，為生態環境的保護、管理提供重要的支持。

3.3""災情救援中的應用

在無人機技術不斷發展的大背景下，測繪任務變得越來越繁重，可借助實時且高分辨率的地圖和圖，幫助各類工作人員處理復雜多樣的地形測量工作，能夠對傳統測繪技術無法滿足的需求進行有效滿足，成為各類應急情況下的得力助手，常見于災難搶險、應急測繪、地震、滑坡等災情救援當中。具體來說，無人機可借助高分辨率的傳感器實現災區地形、建筑物、道路等信息的有效獲取，形成詳細的三維地圖，為救援人員提供精準的路線規劃、災情分析等，讓救援指揮部更準確地了解災情，迅速做出正確決策[6]。同時，無人機搭載各類紅外設備可在夜間或復雜環境下搜索幸存者或失蹤者，相比傳統搜救顯示出更高的效率，并且還可用作移動的通信中繼站，為通信網絡受損情況下的救援人員提供通信支持。

4""結語

綜上所述，在科技水平不斷拓展的時代下，無人機三維測繪技術會獲得更為廣泛的發展，成為社會持續發展的重要工具。因為無人機測繪可以憑借其關鍵技術廣泛應用在不同領域，如國土資源規劃、環境監測、災情救援等。本次研究針對無人機三維測繪的關鍵技術展開重點分析，旨在推動其在各個領域的進一步應用和推廣，讓無人機技術的社會效益獲得最大化發展，構建一個數字化、智能化的社會。

參考文獻

[1]王金龍.無人機三維測繪關鍵技術及應用探究[J].中國高新科技，2023（23）：66-68.

[2]許晟銘.無人機三維測繪關鍵技術及應用研究[J].經緯天地，2022（6）：37-40.

[3]蔣汪洋，和璇.基于無人機傾斜攝影的實景三維中國建設關鍵技術探討[J].測繪與空間地理信息，2023，46（S1）：275-278.

[4]成云瑞.無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用研究[J].科技創新與應用，2024，14（3）：85-88.

[5]張遵文.植保無人機山地作業航線控制優化研究[D].杭州：杭州電子科技大學，2022.

[6]邊雪冬.激光三維測繪條紋圖像處理技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2016.