無人機航空攝影在地形圖測繪中的應(yīng)用

曹秀華 張璇

摘 要：我國測繪技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，已取得豐碩發(fā)展成果，尤其以無人機技術(shù)近年來被運用在諸多行業(yè)領(lǐng)域中，該技術(shù)主要利用無線電遙控設(shè)備進行航測等工作。在地形圖測繪研究中，現(xiàn)階段已離不開無人機技術(shù)的使用，為有效提高無人機航測技術(shù)水平，應(yīng)對其具備功能進行研究，以提高地形圖測繪的準確性。本文主要針對無人機技術(shù)所具備的功能，分析利用無人機技術(shù)進行地形圖測繪的方法以及主要流程，使無人機技術(shù)的地形圖測繪能力得到更廣泛認同與推廣。

關(guān)鍵詞：無人機技術(shù)；地形圖；測繪；研究

中圖分類號：P217文獻標識碼；A

引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，無人機技術(shù)已發(fā)展成為一個更廣闊的領(lǐng)域。目前，無人機技術(shù)的航空攝影功能可以用來制作地形測繪、數(shù)字高程模型、三維地形圖等相關(guān)數(shù)字產(chǎn)品。它主要采用現(xiàn)代無線技術(shù)來控制自己的程序，可以在救援救災(zāi)、地形測繪等方面發(fā)揮一定作用。

1、無人機航測技術(shù)優(yōu)勢

1.1測繪范圍廣

無人機憑借著自身能夠進行飛行的特點，實現(xiàn)了在高空工作向地面進行不同角度的、遠距離的大范圍航測，還實現(xiàn)了傳統(tǒng)人工無法測量的角度工作。并且，無人機自身具有的靈活多變的特點在低空作業(yè)和小范圍作業(yè)中也顯示出了絕對的優(yōu)勢，并且所得出的數(shù)據(jù)質(zhì)量極高且航測圖具有更高的層次性，有效的幫助了相關(guān)工作人員進行數(shù)據(jù)分析。無人機在進行大范圍的航測時得出的航測數(shù)據(jù)有著極高的精準性，并且無人機自身能夠進行實時移動拍攝，并且還可以通過自身攜帶的攝像機進行數(shù)據(jù)傳輸以及對測量的物體進行3D立體圖模擬，清晰度極高。

1.2測繪速率高

通常情況下，在對突發(fā)事件進行相應(yīng)的處理時第一要求就是速率，進而有效的保證事態(tài)能夠在人們的掌握之中。因此，與傳統(tǒng)的測量測繪技術(shù)相比較，無人機航測技術(shù)能夠最大程度的在有效工作時間內(nèi)運用自身攜帶的攝影機對工作人員想要獲取的信息進行第一時間傳遞和收集，充分的保證了信息搜集的工作效率。另外，無人機航測技術(shù)能夠在二千一百平方千米的范圍內(nèi)進行有效航測，如果在應(yīng)對自然災(zāi)害救援問題時，無人機航測都能夠以最快的速度提供相關(guān)性的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)援助。

2、無人機航測地形測繪簡介

2.1平臺參數(shù)

實驗用無人機各項技術(shù)參數(shù)見表1。

2.2傳感器參數(shù)

成像選用普通數(shù)碼相機，型號為佳能Eos5DmarkⅡ，CMOS傳感器，與專業(yè)量測相機相比，沒有已知內(nèi)方位元素，成像質(zhì)量相對較差，最突出的缺點就是構(gòu)像畸變差突出，以及內(nèi)方位元素穩(wěn)定性差[4]，這些都是我們今后不斷研究改進的方向。因為實驗用普通相機未提供相關(guān)參數(shù)，需要在測量工作開始前檢驗獲取，便于后期數(shù)據(jù)處理。常用的相機檢校方法有直接線性變換（DLT）、光線束平差算法、多片空間后交檢校方法等多種方法[5]，其中直接線性變換（DLT）理論發(fā)展相對成熟，檢校精度能夠滿足一定的作業(yè)要求，應(yīng)用較廣，但是檢校過程比較復雜且需要高精度的已知結(jié)構(gòu)信息。光線束平差算法其內(nèi)方位元素根據(jù)實際情況既可以作為已知數(shù)據(jù)，也可以作為未知數(shù)據(jù)參與計算，提高解算精度。當控制點數(shù)量較多且分布均勻、合理，控制條件好時，也可以充分發(fā)揮光束法物像模型精細的特點，視內(nèi)方位元素為未知和其他未知數(shù)一同解算，有利于取得高精度；反之，當控制點分布集中在某一區(qū)域或共面分布，控制條件相對較差時，視內(nèi)方位元素為已知，參與解算，有利于保證較好的精度。多片空間后交檢校方法先獲取內(nèi)、外方位元素的初值，再進行解算，精度高、檢校成果可靠，初值獲取一般采用DLT方法。本實驗檢校采用攝影測量光束算法[6]，在室內(nèi)精密控制場檢校，平差模型引入（X0，Y0）內(nèi)方位元素和主距f，另外參與系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算的還有構(gòu)像畸變系數(shù)，經(jīng)檢校相機的參數(shù)見表2。

3、對地形圖測繪中影像制作進行研究

雖然無人機航測技術(shù)本身具有數(shù)據(jù)整理的功能，但是現(xiàn)階段無人機硬件技術(shù)還不足以滿足相關(guān)技術(shù)人員的要求，因此無人機航攝系統(tǒng)的硬件技術(shù)還有待改進。在無人飛行器（UAV）航空地形測繪中，在良好的外部條件下，地形測繪比通常可以達到1：2000。目前，為了有效地研究基于無人機技術(shù)的地形測繪功能，根據(jù)相關(guān)研究成果，發(fā)現(xiàn)無人機采用航空測繪技術(shù)時，地形起伏和危險區(qū)域會造成地形測繪精度的降低，相關(guān)無人機航測實驗證明，當無人機飛行高度在500～1500米之間時，航向重疊度可達60%～80%，側(cè)向重疊度可達40%～60%。在研究過程中，在數(shù)據(jù)的假設(shè)下，對無人機航測技術(shù)的圖像數(shù)據(jù)進行采集，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對圖像技術(shù)進行后期制作研究。研究結(jié)果表明，在基于無人機技術(shù)的地形測繪研究中，為了使地形測繪比例尺符合要求的比例尺。首先，在無人機航測功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，圖像模板的提取是一個重要環(huán)節(jié)，在提取過程中，應(yīng)遵循地形圖制作的原則。例如，在無人機航測系統(tǒng)中，主要采用提取自然地表要素的方法，以保證地形測繪的精確性和真實性。其次，在提取要素的過程中，應(yīng)使其反映航測區(qū)的主要地理特征，使地形圖能夠滿足相關(guān)人員在使用中的需要。另外，在圖像數(shù)據(jù)的提取中，使采集到的板材顏色和紋理清晰，使生成的地形圖數(shù)據(jù)清晰。結(jié)果表明，為了有效地提高地形圖的質(zhì)量，無人機航測系統(tǒng)的硬件技術(shù)應(yīng)在離線實踐中實施。

結(jié)束語

無人機技術(shù)主要用于獲取空間數(shù)據(jù)，隨著時代的發(fā)展，該技術(shù)在地形測繪中的應(yīng)用不僅可以節(jié)省成本，而且可以實現(xiàn)信息快速采集的效果。在利用無人機技術(shù)進行地形圖測繪研究中，首先要選擇地形范圍廣泛的區(qū)域，發(fā)揮無人機航空測繪技術(shù)的最大作用。此外，在高危地區(qū)也應(yīng)使用無人機技術(shù)進行檢測。無人機技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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[2]張雅楠，李浩，王瑋.寬角相機低空航測的精度分析[J].遙感信息，2017，28（2）：19-23.

[3]林宗堅，謝斐斐，蘇國中.一種基于平面控制直線約束的非量測相機檢校方法[J].測繪學報，2017，43（10）：91-97.

[4]張智華.無人機航測技術(shù)在地圖測繪中的應(yīng)用淺析[J].世界有色金屬，2017，30（21）：35-36.

（作者單位：1內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗國土資源局；2內(nèi)蒙古赤峰市國土資源局紅山區(qū)分局）