無人機航拍技術在工程測繪中的應用研究

冠英杰+戴璐迪+曹鎮洲

摘 要：隨著科學技術的不斷完善，工程測繪技術的發展逐漸趨于多元化方向，無人機航拍技術作為一種高科技現代化測量技術，其拍攝過程主要是利用影像傳感器通過空中飛行的方式實施拍攝，以此獲取航空遙感影像，并經圖像處理技術實施處理分析后，進而達到土地測繪的目的。本文結合我國建設工程的發展情況，就無人航拍技術在工程測繪中的具體應用進行深入研究，具有一定的學術價值，以供讀者參考。

關鍵詞：工程測繪；無人航拍技術；應用研究

引言：項目工程建設初期，工程測繪任務的實施對于項目規劃與施工方案的選擇具有重要的指導意義，新時代的發展背景下，高科技無人機航拍技術對于現代工程測繪的應用，其對測繪數據信息的準確性與可靠性得到了大大的提高，是為一種機動靈活、快速響應、成本較低、精度極高的測繪技術，并在未來工程領域測繪技術發展中是為趨勢所在。

1.無人機技術與其在測繪方面的應用優勢

隨著現代社會發展速度的加快，傳統信息技術的標準要求已無法滿足社會發展的需求，現代車站、機場與港口的建設對于地籍數據的要求更加詳細與嚴格。在此背景下，無人機航拍技術應用而生，該技術是集多種現代化手段為一體，主要包含無人飛行、遙感、全球定位以及通信等多種技術，其具有高自動、高智能以及高專業水準等特點，已被應用于眾多建設工程地理信息測繪與測量工作中。具體優勢表現如下：

1.1監測效率極高

如遇應急事件，無人機航拍能夠及時對監測區域實施大范圍監測，并將該區域圖像數據迅速生成。對于單臺無人機而言，其一周的監測量最高可達約2100平方公里，大幅提升了監測效率。

1.2應用范圍廣、宏觀性強

無人機航拍技術不僅可以實施高空間、大范圍的實時監測，同時還可對近低空間與較小面積的區域進行精準監測；除此之外，利用無人機遙感監測，可實現多架、多次同時監測上萬平方公里的區域，進而利用多光譜分析，便可獲得大面積測區范圍內的各項監測信息，并將其與傳統點信息結合后，進而可以獲得整個監測區域的完整信息。對于監測區域具體情況的宏觀展示，利用三維仿真模擬技術便可實現，同時可為相關部門的決策提供參考與便利。

1.3處理效率高

相比于高分辨衛星影像，無人機航拍影像的分辨率更高，其可精確至10～50cm范圍內，與此同時，無人機航拍對于數據采集速度更快，效率更高。

1.4周期性強

由于無人機航拍技術對于GIS及遙感應用系統集成方便，測量應用的搭建便捷快速，因此可以很好的保障測繪工作的周期性與綜合性。

2.無人機飛行平臺的技術指標分析

就目前情況而言，無人機測量平臺作業規范尚未健全，需要提升的空間較多，其中測繪單位當下的技術條件作為航測規范制定的主要依據，其具有較強的局限性。就無人機航拍而言，其以小于1000m為最佳航拍高度，屬于近地觀測平臺，同時在數碼相機成像設備上，無人機航拍技術的高分辨率與傳統航空攝影測量也具有很大的區別，在此狀況下，這就很難應用現有的攝影測量規范。以傳統航測作業準則來說，目前需要明確以下幾點參考指標：①控制飛行速度在50～100km/h范圍內；②發動機切勿安裝于飛機前進方向的前部，以免飛行過程中遭到湍流影響；③一旦發動機出現故障，必須確保飛機能夠采用滑翔的方式安全降落，且需控制飛行高度的變化相對于地面在5%以內；④控制相鄰攝站飛行高度的變化不宜大于5%；⑤調整航攝平臺的水平誤差在3°以內；⑥飛行速度的測量誤差不宜大于5%；⑦無人機偏離航線中的絕對誤差，不能高于相片旁向覆蓋區域的5%；⑧因發動機諧振而引起數碼相機產生振幅時，需控制振幅擺角在曝光時間內小于8.6″。

3. 無人機航拍技術在工程測繪中的應用

3.1航線規劃與測量范圍確定

一般而言，1h為無人機飛行極限時間，除去飛機起降消耗，其有效拍攝時間約為50min左右，因此，應嚴格控制無人機在空拍攝時間，以防因能源不足而導致墜機事故發生。為了保障飛機的有效拍攝時間，則需合理規劃拍攝航線，以此提高拍攝效率。

除此之外，為敢保證無人機能夠實施全面完整的航空測量任務，還需合理規劃待測工程的全境測繪區域?？梢越Y合實際需求，采用空中鳥瞰的方式，劃分待測區域成兩邊等距、長條狀形式，然后設置標志分別于該區域四角處，再根據無人機的飛行速度與續航能力將整個航拍的具體流程合理設計，以此指導航拍任務的實施。

3.2測量區域控制網建立

測量區域控制的的建立，其目的在于對工程測繪任務實施進一步細化測量，其具體實施過程為：結合測量所獲得的測區地域面積的大小，建立相應等級與規模的控制網絡，并設置GPS坐標點于該控制網區域內，進而可以實現坐標系的三維化處理，以此便可通過坐標的方式對該區域中的任一點實施具體表述，從而便于后期數據的處理。但是該過程的執行，需要保證路線計算與坐標核對的準確性，以此確保工作質量滿足實際需求。

3.3測量數據的處理

外業飛行的工作完成后進行影像的優化選擇，結合GPS導航數據與快速排片的軟件處理影像，對模糊不清的影像予以排除并確認是否有漏拍現象發生。為了消除相機透鏡畸變缺陷的影響，根據事先得出的檢校參數預處理無人機取得的原始影像數據。此舉是為了確保能自動提取連接點并保證對控制點量測的準確程度。進行平差后，所獲得的數據即為測區影像的空間坐標與姿態信息。之后用攝影測量的專用軟件進行立體測圖，由此能得到所測地區的大比例尺地形圖。之后進行自動的地形提取以得到DSM，最后利用GIS軟件做出測繪地區的三維地表模型。

除此之外，內業任務的重疊與合成處理，可通過專用的影響處理軟件操作，同時也可輸入外業測量所用控制點信息于系統對應像控點生成DOM與DEM等，再以實施空三加密處理后，最終使得所生成TIF圖片具有坐標信息，以此便于手工勾繪地物于影片信息上，同時也利于外業調繪和地貌處理實現DEM數據化。

3.4無人機測量精度的控制

（1）與傳統的測繪航空攝影相同，當條件滿足時，無人機航拍任務的實施應盡量選擇在天氣晴朗、可見度高的環境下進行，這樣可使獲得的影像色彩與地面信息更加豐富完整，同時還可避免因霧霾影響而導致影像曝光時光線的折射與散射現象加重，進而確保成圖精度不受損傷。

（2）無人機航空攝影獲取的航空影像幅面較小，采用原有的空三軟件進行平差解算，在多個測區處理過程中，均會發生不同程度的錯誤，特別是對加密測區的選構，目前使用較多的PATB平差軟件，對此類小幅面數碼影像的剔錯能力遠遠小于23*23幅面。

（3）無人機作為飛行平臺，在執行航空測量任務時，容易受氣流變化和風力的影響，可采用了二維姿態穩定平臺，在小范圍短時間內，受風力和風向的變化影響不大，容易通過姿態穩定平臺的糾正獲得理想的姿態角度。

結語

總而言之，現代無人機航拍技術的應用與推廣，對于工程測繪任務的實施具有重要的推動作用，其不僅在測量精度、效率與應用范圍上顯現出獨有的優勢，同時還有助于相關部門能夠及時掌握所需地域的地理信息，進而實現國民經濟社會信息化，促進工程測繪任務在標準化發展基礎上更加多元化與科學化。

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