無人機航空攝影測量技術在地形測繪中的應用對策

廖亞

摘要：無人機航拍拍攝平臺通過影像傳感器來拍攝高空飛行過程中的航空遙感影像，再通過圖像處理技術對航拍得到的遙感影像進行處理。本文通過描述無人機高空航拍的攝影技術特點，來分析無人機高空航拍技術在繪制大尺度地形圖時的應用前景。

關鍵詞：航空攝影；無人機；地形圖測繪

1、無人機航空攝影測量的技術

無人機的出現，解決了影響小面積低空攝影測量的關鍵問題，它能夠運用最新的技術在最短的時間內獲得最全面、最真實、最準確的數據信息，這將為建設與生產提供全面的參考。而且無人機成本低、機動靈活，這使它能夠更加自如地拍攝不同的內容，這能夠降低建設成本。那么我們在建設中對無人機的利用主要有四個方面：野外像控點的布設和測量、取得測區影像數據、內業空三加密、數字測圖四個重要步驟。其中內業空三加密是關鍵，它輸出的內容主要是加密后影像、記錄影像大地的坐標和3個角元素文件、DEM 數據、各種坐標文件等，也就是，無論是什么影像，只要經過空三加密，就能夠直接進行數字測圖。而且通過現實的數據和案例分析可知，無人機航空攝影測量地物點平面位置間距的中誤差滿足T D/T 10 01-20 12《地籍調查規程》的相應規范。

2、航空攝影測量技術對地形的測量

2.1 航空攝像測量控制的測量像片

一般情況下，可以利用航空拍攝測量技術測量一些地區的地形情況。像片控制測量是其中最重要的技術之一，利用像片控制技術可以將拍攝到的一些影像資料與GPS導航系統信息相互結合使用，利用結合數據的優勢換算航空拍攝資料與地面測量數據的關系，通過計算可以得到某地區地形的真實可用特征，再一些復雜的特殊場合，可以將獲取到的情況進行相應的記錄。在進行航空攝像測量時應注意合理運用像片控制點，這些控制點可以用于形成特殊的分布和設置情況，得到分布和設置情況以后，通過GPS導航系統進行測量，可以實現對需要測量的像控點控制區域的地形進行更為精準、全面的測量。定位操作是進行像控點測量過程中需要注意的地方，特別是測量某些外業控制點的時候。對于常見的情況，像控點之外的控制點一般設置在道路拐角或者斑馬線等比較明顯的位置，因為這些點對定位的作用很大，所以需要設置在明顯的位置，且對應的背景參照物應該與點的特征差別很大，這樣在進行測量的時候就可以得到較好的效果。實際操作過程中，一定要繪制各個控制點支架你的標記，通過各個控制點之間的關系構建繪制整體特征點的位置關系，對后續的測量工作提供了較為便利的幫助。

2.2 航空攝像測量中的空中三角測量

空中三角測量是常見的測量距離的方法，在航空攝像測量過程中，使用航空數碼攝像器材進行空中三角測量可以精確的測量出地形的具體位置。通過實現編寫好相應的程序，在實際運行中系統能夠自動完成設置并計算出相應地形的位置，而不需要人工對其具體的航空數碼攝像器進行內定向設置。編寫空中三角測量程序的時候，首先，通過人工選擇連接點來保存一定的數據，然后通過編寫程序實現空中三角的測量，從而使相對定向順利的完成。然后，分別對測量模型和測量航帶進行連接的工作，再利用空中三角測量進行計算，將計算得到的連接點和像控點作為調試信息，按照一定的地形航空攝像測量比例尺繪制出相應的準確地形圖。

2.3 航空攝像測量時，立體采編的測量

通過上述的空中三角測量得到的測量地形圖后，接下來通過測繪時的業內立體信息對地形情況進行統一的采編。無人機拍攝測量地形過程中，需要通過確保采集到的物體線節點數據和各個線狀地形結構的數據精度，只有確保了數據的準確性才能提升業內立體采集信息的準確度。一般情況下，大部分繪制都采用計算機自動繪制，但是在水涯線和等高線由于比較重要一般使用手繪的方法進行采集。地形采集測繪完成之后再進行更為細致的房屋結構信息測量，在房屋結構信息測量過程中，首先需要對房屋房檐邊緣部分進行處理，該結果只是精度較低的中間結果，需要通過外業測量對房檐計算的中間結果進行校正，得到更為精確的結果。測量不到的區域需要做好標記方便以后進行測量，通過標定好的測量不到的區域位置能夠一定程度上保證地形測量的完整性。

2.4 外業補測的操作

上節中介紹的部分均是通過航空攝像進行地圖測量，這種航空測量會存在一些測量不到的地形結構和相對隱蔽的位置，這些位置在航空攝像測量中以及標記好，這些測量不到的位置通常需要測量人員通過標記地圖進行外業補測的相關工作。在補測過程中，測量人員還可以根據實地測量到的一些數據與測量繪圖結果進行比較，這些比較是有用的，通過這些比較可以檢測出航空拍攝測量結果的準確性，從而對比較結果出現較大偏差的區域進行改正。對隱蔽或者測量困難的區域進行補充測量，然后進行結果的對比找出測量的錯誤區域并改正，可以保證整個區域的測量結果的精確性。

3、無人機應用于地形測量的可行性

無人機由于操作的便捷性，而且不需要認為因素的加入，且航空攝影測量已經能夠廣泛用于大多數地形測量中去，所以將無人機應用到地形測量中可以發揮出較多的優勢。無人機的遙感系統，應用到地形測量有以下4個優勢：

3.1 安全的可靠性

傳統的利用航拍進行攝像測量過程中，飛機駕駛員和地質科研人員都需要在飛機上進行儀器操作，空中發生事故的情況時有發生，會造成地質科研人員不必要的傷亡。近年來隨著利用遙感系統進行無人機駕駛飛行的多項研究，使用無人機已經能夠很好的在空中通過遙感進行控制，并結合計算機技術和圖像攝影技術的發展，利用無人機進行地形測量活動能夠很好的進行。無人機不需要地質科研人員與駕駛員在飛機上工作，使得地形繪制工作更為安全可靠。

3.2 機動的靈活性

無人機與普通航拍飛機相比，體型更小，升空時間更短，不需要專用的升降氣跑場地就可以升空正常運行，在機動性和靈活性更好，再加上較低的運營成本以及遙感操作系統的不斷發展，其操作和運營成本更低，利用率也隨著技術的研發得到了較高的提升。一般情況下，可以為無人機事先制定好一定的飛行線路，無人機可以按照既定的線路自動飛行，飛行過程中由于事先制定好了路線，所以穩定性非常好，能夠進行高強度的航拍作業，對提高航拍精度也有不錯的促進作用。在飛行用油上，由于無人機不需要載人，所以相同的耗油量，無人機比普通航拍飛機飛行更遠距離，飛行更久時間，從另一個角度降低了空中航拍的耗油量。一般情況下，一架普通航拍飛機的載油量在5 千克左右，能夠保證飛機在1600米海拔高度飛行16小時左右，然而無人機可以將飛行高度控制在500～1000米左右，飛行的時間將比普通航拍飛機更持久，而且在高度控制上，無人機能夠實現精度為十米的控制，所以無人機可以一次設定一百多個地形測量的航點，并進行不間斷的航拍與地形測量。另外，由于無人機與地面機進行了實時的網絡連接，所以能夠瞬時將采集到的數據發回地面處理，而普通航拍飛機需要降落后讀取數據進行處理，無人機能夠提高數據處理的靈活性。

3.3 數據處理費用較低

無人機的控制系統較為簡單，且由于不需要載人，安全系數可以稍微降低，所以在制造無人機過程中，造價與是普通航拍巡邏直升機的5倍左右。另外，無人機駕駛員只需要在地面進行遙感系統的操作，其上崗執照也很容易獲得，縮短了“駕駛員”的上崗時間。無人機的機身材料一般采用高強度的輕質量碳纖維復合材料，在外殼保養上的也較之普通航拍巡邏直升機更為簡單、便捷。另外，由于無人機的技術較新，在搭載影像處理設備上的兼容性也更好，數據處理的硬件配置也比普通巡邏直升機要求更低，使得數據處理費用更低。

3.4 運用高分辨率多角度的影像進行測量

無人機內自動搭載了高精度數碼成像設備，可以對傾斜、垂直和水平等各個方向進行攝影成像。另外，無人機在低空飛行過程中，也可以對建筑物進行多個角度和尺度進行拍攝，從而得到建筑物表面更為精確的高分辨率紋理圖像。傳統的單一角度拍攝很難解決建筑物遮擋部分的拍攝，而無人機的多角度拍攝可以很好的解決建筑物遮擋問題。在遙感和衛星技術方面也是不可比擬的。

4、結論

無人機航空攝影測量技術通過無人機進行多個角度的航空拍攝結果，可以完成大比例尺的地形測繪工作。結合空中三角測量技術，無人機航空攝影測量技術不但能夠快速、精準的完成地形測繪工作，而且與傳統的航拍巡邏直升機相比，數據處理成本更低，靈活性好、安全性高，有效的降低了測繪的成本。但是值得注意的地方是，無人機航空攝影測量技術也不是萬能的，不可能運用到所有的大比例尺的地形測繪中去。

參考文獻：

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