關于無人機攝影測量技術在數字化地形測量的運用分析

摘 要：隨著科學技術的進步，無人機攝影測量技術開始廣泛地應用于數字化地形測量中，文章通過對無人機測量系統組成的介紹，詳細闡述分析了無人機攝影測量技術在數字化地形測量中的應用，包括控制點的布設、空中三角的測量、內業數字化測圖（DLG）制作等。

關鍵詞：無人機攝影；數字化；地形測量

1 無人機攝影測量系統的組成

目前，我國在小比例、大比例尺數字化地形測量過程中，局限于航空攝影技術的不完善、航拍手續復雜、拍攝成本較高、拍攝耗時巨大，實際的經濟效益并不理想，而采用傳統的地形測量技術又很難在較短的時間完成全部地形的測量。最近發展的無人機攝影技術，具有巨大的應用潛力。無人機拍攝系統操作簡單、耗時周期短、拍攝效率高，而且能夠快速到達任意拍攝位置進行拍攝，配合計算機技術能夠快速地完成拍攝成像、測量任務，能夠極大地縮短測量周期，提高測量效率。

目前的無人機攝影測量系統一般包括軟件與硬件兩個基本部分，其中硬件部分包括無人機、機載和監控三個系統，其中的軟件系統負責拍攝航線設計、飛行控制、遠程監控、航空攝影檢查及數據預處理工作，而且能夠避免無人機在飛行拍攝過程中出現的姿態不穩定的問題。無人機攝影測量系統中的飛行平臺使用高分辨率的遙感設備作為拍攝的主要部分，主要拍攝目標為低空高分辨率數據，從而高效準確的完成對地形數據的收集以及處理。無人機攝影測量技術主要使用一種通過攝影光束的交點確定地面點位的測量方式，這種測量技術首先要確定投影光束，此外，還需要其他外方位元素，包括三個線元素及三個角元素。傳統的通過控制點與空三加密反求光束的外方位因素地形攝影測量已經不能完全滿足實際地形測量的需求，且在實際建設過程中發現，現有的地形測量資料與實際建設經驗有一定差異，極大影響了土地資源的利用效率。所以，加快發展無人機攝影測量技術在數字化地形測量中的應用，對于促進我國經濟發展與社會主義建設具有十分重要的意義。

2 無人機攝影測量技術在數字化地形測量中的應用

2.1 航攝測量測圖的原理

無人機攝影測量技術的基本原理是利用地面上的固有地形、地物確定三維坐標并且記錄其性質，然后將信息傳輸至計算機中，通過計算機技術，配合繪圖系統對收集的數據進行處理，最后輸出顯示與地形相同的地形圖。無人機航空攝影單像片利用中心投影的透視變換技術，而立體測圖主要是利用投影的幾何反轉技術。

2.2 無人機航空攝影

2.2.1 航線設計。無人機在進行航空攝影過程中，航線設計應該分段設置在六個平高點位置。航線的首位兩個控制點應該設置在像主點的連線上，而且要與方向線垂直，一般最大不能偏離半條基線。上下對點設置在同一立體相對內。航線中的中間控制點要設置在首位控制點連線的中間位置，最大不能兩側偏離超過一條基線，盡量確保其中一個控制點位于中線位置，盡量避免兩個控制點都偏離中線的情況的出現，而且盡量不要兩個控制點偏離中線的一側，即使出現偏離，盡量保證偏離不要超過一條基線。航線的設計要以攝影區域的劃分、范圍的大小以及分區的平均基準為基礎。避免攝影過程中區域高差過大，盡量維持在航高的六分之一范圍之內，確保測量區域之內有一定重疊，從而便于地形測量。

2.2.2 航空攝影。在進行無人機攝影過程中，地形盡量選擇地表植被覆蓋少或覆蓋對地形不會造成影響的位置，拍攝盡量選擇天氣晴朗，可見度比較高，盡量避免在云霧、風沙等惡劣氣候條件下的拍攝，此外要依據拍攝地形的不同，依照拍攝要求的太陽高度角，進行拍攝。

2.3 無人機攝影測量像控點的布設

2.3.1 區域網布點。平高點依據局域網完成布設，區域網內依照航線方向設置四條基線，在一些復雜地形可以設置六條基線，寬度為兩條航線。

2.3.2 像片控制點測量。像控點測量一般使用D、E級的GPS控制點作為起算點和檢測點，利用天寶R8GNSS接收機及控制手簿接入FJCORS網絡RTK系統，并且利用網絡RTK技術進行像控點測量。（1）網絡RTK測量流動站要求在CORS的接收范圍內操作，進行實時數據與中心控制站之間的數據傳輸。（2）通過測量手簿設置流動站設點測量像控點的具體操作參數。（3）網絡RTK測量流動站工作情況正常。（4）測量首先初始化儀器，獲得固定解，如果未能獲得，應該將儀器的網絡斷開，再次對儀器進行初始化。（5）測量觀測次數為三次，對每次得到的觀測數據要進行確認與檢核。

2.4 無人機攝影測量測圖的方法

目前的無人機攝影測量一般有三種不同的方法，分別為綜合法、全能法與分工法，其中綜合法主要是用于對大面積平坦土地的測量，為單張像片測圖，結合使用攝影測量與平板儀測量技術，綜合法利用平板儀能夠確定地面的高程以及等高線，通過得到的無人機攝影像片獲得地面的詳細地形情況。全能法一般用于山地地形的測量，通過使用立體測圖儀，能夠得到微小型的地面地形的結構模型，通過得到的微小型的地面模型就能夠獲得地面的小關系平面位置、高程等數據，最終獲得該地區的地形圖。分工法一般在丘陵地區進行使用，基本原理是利用平面位置與高程分求的原則進行測量，與全能法相似，也是利用立體測圖儀獲得地形的數據，從而確定最終的地形圖。

2.5 空中三角測量

無人機攝影技術中的空中三角測量主要用來確定以及糾正定向點與標記點的位置，包括測量過程中需要的一起元素數據等，在進行空中三角測量之前需要進行必要的材料以及設備的準備，才能更好地完成對定向點以及標記點的確定。

2.6 內業數字化測圖（DLG）制作

無人機攝影在數字化地形測量過程主要步驟為航空攝影測量空三加密，包括外業與內業兩個部分，外業主要負責像片控制點的測量、照片的調繪以及地形圖的綜合測量。內業主要通過相片上的控制點，通過空中三角測量技術，確定地形的控制點、高程、坐標等數據。在進行測量過程中，儀器的測繪過程中要注意也已經完成的地形圖完成接邊，每一幅地形圖的完成，都要經過仔細檢查以及確認才能從儀器上取下，最終完成地形圖的測量任務。

3 結束語

隨著無人機攝影技術的不斷發展與應用，以無人機攝影技術為前提的測量技術也得到了巨大發展，發揮出巨大的應用潛力，而以無人機攝影測量技術為基礎的數字化地形測量也成為可能，雖然目前無人機攝影測量技術在發展過程中還存在一些不足，但是我們有理由相信，隨著無人機攝影測量技術以及相關軟件的不斷完善與配套硬件系統的不斷發展強化，其應用前景十分樂觀，對于改變傳統地形測量，實現數字化地形測量具有重大的意義。

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作者簡介：徐燦（1983，09-），女，籍貫：湖南長沙，職稱：助理工程師，學歷：專科，研究方向：航測遙感與測量。