無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用

張義虎

摘 要：無人機作為一種新式的飛行設備，在我國現代化數字信息工程建設中的很多領域上都得到了廣泛的應用。它是通過具有高分辨率的數碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀等機載遙感設備獲取相關數據信息的，再用計算機對圖像信息進行處理，并嚴格按照一定的精度要求制作成圖像[1]。文章通過對無人機的航拍測量技術的分析，簡要闡述了無人機攝影測量技術在數字化地形測量中的應用。

關鍵詞：無人機；攝影測量技術；數字化地形測量

在小面積、大比例尺數字化地形測量技術服務中，無人機與載人飛機相比，它不但具有體積小、重量輕、反應快、造價低、使用方便等優勢，而且無人機系統操作也非常簡單，不受空域管制的影響，能夠快速到達檢測區，進行飛行、成像，極大地提高了工作效率。

1 無人機攝影測量系統的組成

無人機攝影測量系統由無人機攝影測量的軟件、硬件兩部分組成。硬件系統包括無人機、機載系統和監控系統。其軟件系統主要包括航線設計、飛行控制、遠程監控系統、航空攝影檢查以及數據預處理等五部分，可以說無人機攝影測量系統的軟件系統不但實現了快速設計航線、航攝覆蓋檢查、數據實時傳輸，而且還有效地解決了程控平行飛行和程控姿態穩定的難點。無人機攝影測量系統的飛行平臺是無人駕駛飛行器，具有高分辨率的遙感設備作為記載傳感器，低空高分辨率遙感數據作為應用目標，主要用來快速獲取及處理地形數據[2]。

2 無人機航空攝影測量測圖

2.1 航攝測量測圖的原理

航攝測量測圖的基本原理是通過采集地面上的地形、地物的三維坐標以及描述其性質的信息，然后錄入計算機，借助計算機繪圖系統進行處理、顯示、輸出與傳統地形圖表現勢性相同的地形圖。航攝測量單像片測圖的原理是中心投影的透視變換，立體測圖的原理是投影過程中的幾何反轉。

2.2 航攝測量測圖的方法

航攝有三種測量測圖的方法。綜合法：適用于平坦地區的大比例尺測圖。其屬于單張像片測圖，是攝影測量與平板儀結合在一起得到的測圖方法。綜合法能夠用平板儀測量出地面點高程和等高線，能夠根據得到糾正之后的航攝影片確定地面店的平面位置。全能法：主要適用于山地，其將立體像通過放置在立體測圖儀內，從而構成微小型的地面幾何模型，通過在微小型地面幾何立體模型上測量出地面點的平面位置、高程和等高線，從而得到地形圖[3]。分工法：主要適用于丘陵地形，其是按照平面位置和高程分求原則進行測量測圖的方法，與全能法一樣，也是通過立體測圖儀測量地面點、高程和等高線，其確定地面平面位置也綜合法的確定方法相同。

2.3 空中三角測量

空中三角測量解析是為了糾正定向點和標記點，以及工作時所需要用到的儀器元素數據，在空中三角測量之前需要獲得的材料有航空攝影質量見證書、滌綸片、圖例表（編圖過程的檔案）、野外操作控制圖以及各種觀測核算的手簿以及工序設計書。

2.4 內業數字化測圖（DLG）制作

數字化地形測圖主要步續為：航空攝影測量空三加密作業。外業主要負責像片控制點聯測、像片調繪和綜合法測圖。內業的密測圖控制點是以像片上的控制點作為基礎，通過空中三角測量的方法，從而推求測圖的控制點、平面坐標及高程。測繪地物地貌。主要作業是全野外調繪后測圖和內業負責判斷測圖。外業負責對照、補測及補調兩種測圖。測繪接邊和結束。儀器在測繪地物地貌時，應該與已描圖進行接邊。每幅圖在對測完以及檢查完之后才能夠從儀器上取下。

3 影響無人機航攝效率的因素分析

影響無人機航空攝影效率的主要因素有四方面，這四方面分別是攝影區域面積、無人機續航時間、數碼相機的續航時間及相機的像幅大小。

無人機航攝公式是N=Int（PArea/FArea）+1

公式中的N代表攝影飛行架的次數，PArea代表攝影區域的面積，FArea指單架此航空攝影面積，Int（）則表示數字舍去之后最接近的整數。

由公式N=Int（PArea/FArea）+1得知，航空攝影架次與攝影區域的面積成正比，與單價次航空攝影面積為反比。因此，要想在保證完成航攝區域任務的同時提高航攝效率，首先則需要先提高單架次的航空攝影面積。將單架次的航空攝影分攤到每一張有效的像片上，使像片的有效面積等于單架次像片減去單次重疊之后的面積。

以下兩種措施可以有效地提高無人機航空攝影效率：第一，選擇具有較高行高和短焦距的數碼相機，并選擇容量大的相機電池。第二，加大無人機的載油量，減少航攝像片重疊度以及單位時間的耗油量。在實際航空攝影作業中，由于相機的焦距是固定的，所以必須要保證航攝影響的重疊度[4]。因此，增加油箱容量和減少單位時間的耗油量是最有效的方法。

4 案例分析

DP-UAV軟件是針對無人機攝影測量非專業相機、像幅小、姿態不穩定、重疊度大等特點而研發一種無人機攝影測量數據自動處理平臺。

表1是用DP-UAV軟件進行航測數據處理的成果，某地區338張像片，耗時147分鐘，自動生成136萬物方點，DEM和正射影像。

飛行區域大小——6×4平方公里；獲取方式：無人機，航高500米；使用數碼相機：canon450D；獲取時間：某日上午；天氣狀況：晴朗；獲取的影像：共1338張，15航帶。

同時在現場實際布設控制點40多個，采用RTK進行測量，將測量坐標與無人機航測坐標進行對比，結果如表1所示。

通過表1的數據表可以看出，通過DP-UAV處理后的無人機攝影測量成果已經達到了高精度要求，滿足地形圖測量及一般工程測量的基本要求，驗證了該軟件應用于數字化測量地形航測數據處理的可行性。

傳統的航空攝影測量數據處理作業流程成熟，但是作業效率低，快速拼接的全景影像無精度不可量測。而且在數據處理過程中需要使用野外控制點并通過空三加密求解外方位元素，而野外控制點的測量歷來是一項工作量大、作業成本高的測量過程，特別是在荒漠、森林、高山等困難地區更是如此。因此，盡量減少野外控制點數量、甚至實現無野外控制點定位一直是攝影測量的重要研究方向之一，而無人機攝影測量系統及影像處理軟件DP-UAV正好解決了這些問題。

5 結束語

無人機攝影測量技術已經成為航空遙感技術之一，文章對無人機攝影測量技術在數字化地形測量中的應用以及影響無人機航空攝影效率的各種因素做了簡要分析，最后并提出了提高無人機航攝效率的可行方案，并且在實踐當中得到了驗證。所以，也使得無人機可以進行大面積的航空攝影作業成為了有可能。

參考文獻

[1]王紅蓮.無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用[J].工程技術，2015（22）：261.

[2]李晴晴.無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用[J].電腦知識與技術，2013（35）：8098-8099.

[3]胡小峰，王建華.無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用[J].城市建設理論研究，2015（8）.

[4]楊立建.數字化地形測量中無人機攝影測量技術應用[J].地球，2015（1）.