試論無人機測繪數據處理關鍵技術及應用

胡大為

（中國有色金屬工業西安勘察設計研究院，陜西 西安 710054）

無人機測繪技術涵蓋可視化技術以及信息化技術等眾多科學，此項技術的出現以及廣泛應用客觀的顯示出現代科技的發展進程。以近年來無人機測繪技術的應用實踐進行分析，無人機測繪數據處理產品不斷出現，其靈活性及高機動性特征較為明顯，能夠對大量測繪數據實現精準處理。另外，應用無人機測繪技術開展測繪工作，所花費的成本較少，較少會受到外部環境因素的干擾，為此，與傳統測繪技術進行對比，其應用范疇更為廣泛，所以，無論從經濟性還是安全性等方面來看，無人機測繪技術均體現出其自身優勢，這也是傳統測繪技術所不能比擬的[1]。

1 無人機測繪應用現狀

無人機測繪系統主要包括無人機平臺、機載傳感器及數據后處理三大部分。無人機根據氣動布局差異性可分為固定翼、旋翼、復合翼等。例如天寶公司出品的UX系列及拓普康公司出品的天狼星系列無人機均屬于固定翼型無人機，拓普康公司出品的獵鷹系列則屬于旋翼型無人機，成都縱橫公司出品的CW系列屬于復合翼型無人機。各類型無人機在續航能力、起降要求、靈活性、安全性等各有優缺，應用環境不同。測繪無人機所搭載的相機可分為量測型相機和非量測型相機。目前相比量測型相機，非量測型相機具有價格便宜、選擇廣泛的優點，普通民用單反相機、微單相機都可用于無人機搭載進行測繪作業。

現階段無人機測繪的主要研發方向主要集中在硬件集成和數據處理兩個方面。近年來硬件方面如動力系統、飛控系統都有突破性進展，使得測繪無人機的續航能力、飛行平穩性能夠適應更廣泛的環境。無人機測繪數據處理主要向自動化、集群化方向發展，使得數據處理速度更快、精度更高。在測繪市場的不斷擴展下，無人機及相機的性能以及相應的數據處理技術將會向高性能、高效率、云數據處理等方向發展。

2 無人機測繪數據處理關鍵技術

（1）相機檢校技術。隨著無人機動力系統、飛控系統、導航系統的技術突破，無人機本身的成本已大幅下降，市場已出現很多針對測繪市場的專用無人機。但技術成熟、價格適中的無人機量測相機產品較少。所以，目前基本上是采用性能優異的民用單反、微單相機代替。由于無人機載非量測型相機內方位元素和鏡頭畸變系數未知，且不夠穩定，不能直接進行像位的解析計算，為此，為保證測圖精度，需要對相機進行檢校，即求解相機的內方位元素與各畸變參數。常規情況下，比較常用的相機檢校方法包括自檢校辦法、多像滅點檢校辦法等。簡單快捷的相機標定方法及軟件就顯得尤為重要和迫切。

傳統的相機標定大多采用固定地點三維標定場進行，對于標定場的場地選擇及布設有較高要求。而二維相機標定場其相機標定技術是基于計算機視覺領域，標定精度有限。目前的發展方向是利用相機標定軟件配合特制標定板搭建簡易三維標定場，利用不同角度的拍攝數據通過標定軟件自動處理，以獲取各相機參數。

（2） RTK與PPK技術。目前，為解決無人機航測由于像幅小導致的外業像控工作量大、刺點困難的難題，把PPK和RTK技術應用到無人機航測中，大大降低了外業像控的布設，減少了外業工作量，提高了作業效率。RTK技術是利用無線數據鏈實時獲取兩臺GPS接收機的載波相位實現實時差分的GPS定位技術，在工程測繪領域應用廣泛。隨著數據網絡的建設發展，使得RTK系統的作業半徑有了大范圍的提高，從而使無人機系統搭載RTK技術以實現更高精度的飛行定位、導航要求。

PPK技術屬于對無人機測繪數據進行處理過程中的主要應用技術，其應用過程為在依靠于載波相位實現事后差分的GPS定位技術。此項技術的工作原理為，依靠同步觀測基準站接收機與流動站接收機對衛星載波相位進行觀測，然后利用GPS解算軟件求解，形成虛擬載波相位觀測值，對接收機之間相機位置給予定位。在RTK受到限制的區域也能利用GPS進行動態測量，是對RTK的一種重要補充方式。

（3）空中三角測量技術。空中三角測量是無人機測繪數據的處理的基本原理。其應用過程為，基于航攝相片與目標之間形成的空間幾何關系，根據少量相片控制點計算待求相片外方位元素。此項技術也是數字測繪產品生產期間的關鍵性技術，對于測繪產品的精確度以及可靠性等均具有著重要影響作用。而無人機測繪系統相對大飛機系統具有姿態不穩定、重疊度不穩定的特點。目前應用較多的是GPS/IMU輔助空中三角測量。一般情況只需準備原始影像、POS數據、相機參數文件、控制點文件即可自動空三解算，人工干預的半自動絕對定向和生產成果輸出，較大程度的提高了無人機測繪數據處理的效率。

3 無人機測繪數據產品應用實踐

（1）代替傳統地形測量。傳統地形測繪任務根據測區的位置、地形情況、范圍大小、測量精度等選擇航空攝影或工程測量。無人機測繪技術成熟后，使得原本必須由工程測量所完成的大比例尺、小范圍測繪任務可以通過攝影測量完成，并且在工作效率、成本方面具有優勢。尤其是針對地形條件復雜、時間要求緊迫的項目，例如災情救援與應急測繪。如在地震、滑坡、洪澇等類自然災害發生之后，通常需要快速的獲得災區的最新大比例尺地形資料，此時采用傳統測繪手段往往杯水車薪，而利用無人機測繪技術快速生產的測繪產品就顯得尤為重要，救援隊伍能夠直接回避危險地帶，直接到達救援實際位置，極大的縮短了救援時間，同時也有助于保障救援隊伍的自身安全。為應急救災、災后重建提供重要的決策依據。

（2）國土測繪。在對國土資源進行管理的過程中，國土資源相關數據是必備要素，能夠看出國土測繪工作的重要性。將無人機測繪數據產品合理的應用到國土測繪工作中，經由無人機航拍功能的應用，可對各地區的土地資源信息進行采集，促使測量人員可快速的了解到地區內土地資源的應用情況，從而開展后續工作。從這一點來看，無人機測繪產品對土地應用動態監測、國土資源動態監測等工作的開展均具有著重要的應用價值，而其此種價值的具體表現便是提供可靠的土地資源應用數據。另外，無人機航測可獲取測區高分辨率正射影像數據，能夠為地區規劃工作提供依據。

4 結論

從近年來無人機測繪技術的應用實踐進行分析，無人機測繪數據處理產品不斷出現，其靈活性及高機動性特征較為明顯，能夠對大量測繪數據實現精準處理。就無人機測繪數據處理關鍵技術來看，現階段無人機測繪數據處理過程中主要應用技術包括相機檢校技術、RTK與PPK技術、無人機數據后處理技術等，經由這些技術的應用，能夠實現無人機測繪數據處理的各項功能。從無人機測繪產品的應用情況來看，無人機測繪產品在災害發生后的救援工作、國土資源管理、環境監測等方面均發揮著重要價值，能夠為相關工作的開展提供可靠的數據參考。

[1]呂一偉.對無人機測繪數據處理關鍵技術及應用的探究[J].科技創新與應用，2018，05(07):51-52.