無人機測繪數據處理關鍵技術及應用探究

史文旭

河北省制圖院，河北石家莊 050031

無人機測繪技術是綜合運用計算機和可視化技術等，進行測繪工作的高新技術。這一技術進行數據處理，產生的測繪結果是非常精確的，而且無人機測繪具有靈活性和機動性，是傳統測繪技術不可比擬的。無人機測繪的精準度和測繪效率的提高，對于測繪行業的發展具有重要的意義。而且無人機測繪的成本較低，不受外界多數因素干擾，降低了傳統測繪人工的使用率。以上多種優勢促成了采用無人機測繪數據處理關鍵技術的研究和應用。

1 無人機測繪技術概述

無人機的動力系統在測繪復雜地理區域的地形上具有技術優勢，包括工程中所經過的區域山川、密布的河流，利用電源系統采用了新型的太陽能、鋰電池等續航能力較長的系統功能；無人機的攝像系統保證了畫面的清晰度、續航系統實現了長時間的懸停功能，同時，無人機采用了飛行控制軟件系統中的地面導航系統，建成了導航數據庫、經過對航線的規劃后，保證了無人機的巡航的準確度。使用應急搶險檢測車為載體，對各類數據進行了處理，能夠完全獨立完成跟蹤、控制和回收。使用高程信息數據庫等用于測繪工作選用，數據傳輸系統將飛行中采集到的數據傳輸回地面，進行無人機位置的自動漫游的追蹤任務。還有視頻采集系統、圖像采集系統等搭建的平臺。無人機借助無線電遙控裝備，配備了程序控制裝置，根據平臺構型分類，完成了數據傳輸、導航、飛行等系列任務。

無人機分為固定翼和旋翼兩種，均可應用在航空圖像獲取和處理等領域。旋翼要求對空開闊，垂直起降，姿態平穩，在空曠場地就能夠起飛，一般具備圖傳系統，可以實時監察攝像機采集到的信息。固定翼的特點是需要地面開闊，用于起降。抗風較差，執行完任務后，需要進行續航系統充電，方可持續的執行任務的能力[1]。

2 無人機測繪數據處理關鍵技術

（1） 無人機使用三維視圖可以重現項目區域中的各個建筑、設施、預制場地，并對上述地點、位置等進行預估計，各類系統的集成還能對工程進度進行跟蹤和觀測，實現全面的航測并進行圖像處理、導航遙感、網絡集成。例如，某項目中的區域測繪，采用無人機進行了運距和石料等規模的初步分析和評估，對于土場和石料廠進行了航拍，無人機的監測范圍包含了進度情況和安全隱患點的識別[2]。

表1 無人機區域航測某項目區域面積及航測時間

（2） 相機校驗技術是無人機測繪數據處理的關鍵技術之一，對需要拆遷的房屋、樹木、路線走向等進行了拍攝和識別。非量測相機的主距和主點的位置未知，且存在多種畸變，因此，需要進行嚴格的校正，按照影像不能直接對像主點的坐標進行確定，對于地形圖的測量，必須內定像。畸變差一般分為徑向畸變差和切向畸變差兩種。作業中通常運用室內多像滅點的檢校法及自檢校法。室內檢校需不同距離不同角度拍攝檢校墻若干張，帶入檢校軟件迭代運算，如GODWORK。自檢校需將作業航片帶入空三軟件，Inpho、Pix4D進行空三，根據相片間連接點與外方元素迭代運算。依據畸變參數重新定義相機，再次空三能夠得到更高精度。也可將畸變參數帶入立體測量軟件，即可正常恢復立體，進行線化圖立測。

（3） DOM指的是數字正射影像技術，例如無人機通過對航空相片的影像處理獲取高精度圖像，幫助公路養護管理以及應急搶險實現了在線平臺的結合。由于無人機的數據采集的精度非常高，因此能夠實現檢測對象的三維視圖重現，采用無人機的幾何參數測量、掃描路面精細度、測量平整度、車轍掃描、對病害進行識別和分類評級等功能，單就無人機對路面檢測，可以為公路養護提供全面準確的參考。一旦公路出現了塌崩、滑坡等情況及時進行追蹤，將數學關系加以計算，形成數字正射影像。在道路應急搶險方面，一般采用的方法包含了正和反的解法。將災害等情況實現了圖像資料的可視化，為應急力度和強度的預判提供了依據[3]。技術重點是數字高程模型的生成以及外方位元的計算，DOM生成之后，使用模塊進行像片的鑲嵌，用數字微分糾正像片中的內定向參數。

（4） 一般連接點的提取是在軟件中完成的，采用最小二乘法和特征組合的先進技術，利用全自動的處理方法對點進行選擇、變換和量測。自動連接點的提取是經過全自動選取的，連接點的提取加入了多重的重要參數，連接點的匹配利用綜合性的自動化整體測繪平差技術，是無人機測繪技術中的關鍵一步。內部控制質量的目的是圖像中的連接點能夠優化，測量區域的圖像最終達到整體的測繪區域的連接點。進行測繪的時候注意維護連接點的質量，對于可能會出現影像的質量不理想、航偏角過大等情況，經過人工檢查糾正一些偏差，例如采用轉刺加密點和手動選點的方式，能夠獲取整體的點的連接信息[4]。

（5） 空中三角測量時利用外業測量的控制點，按照一定的數學模型，對覆蓋區域內的數百個控制點進行測量。測量作業過程中需要對所有的控制點以及每張像片的外方位元素進行空中三角加密模塊的設置，例如，使用DATMatriX軟件，進行模塊的完成，按照數字航空攝影測量的三角測量規范規定。對于野外控制點的平面位置和高程進行測繪，應采用多余像片控制點的中誤差進行估算。

加密點對最近野外控制點平面位置和高程的誤差（m）

經過相對定向和絕對定向的操作，空中三角測量即可完成。采用DATMatrix軟件執行PATB模塊的運行，利用光束發區域平差的算法進行初次平差解算，檢查是否存在像片上的連接點沒有連接的問題，是否添加了補充連接點[5]。

（6） 在采集窗口上采集點位，按照點線面的要素要求，運用系統的模塊選擇相應的地物符號，測量地物處的標志，進行DLG工程的新建，設置好輪廓上的接點，進行輪廓所有節點的依次完成。支持地物要素的內插、轉換、裁剪、連接等處理技術，具備精度分析、數據檢查和拓撲檢查等控制功能。例如對房屋的凹凸部位，依照比例尺進行測繪，小于0.4mm的兩端有墻垛的部位可以舍去。測繪煙囪、主要道路上的物體的輪廓線等，應測定其中心位置，由外業進行性質的調繪。對于獨立地物，如露天體育場分為有看臺和無看臺的，按照比例測定范圍并配置相應符號[6]。

3 結語

無人機利用硬件系統總體架構和軟件系統主要功能模塊進行測繪技術的實施，擁有航攝技術和三維激光掃描技術的優勢，采用合理的數據編輯和濾波算法，進行遙感系統的數據測繪技術，采用的技術眾多，利用無人機遙感系統獲取的影像數據采用平差處理之后，在精度和高程精度上均令人滿意。可以滿足地形圖的精度要求。

[1] 冉艷艷，劉歡，王家峰，等.基于PixelGrid的無人機影像DEM精度評價[J].江蘇科技信息，2017（3）：60-61.

[2] 張倩，郜海峰.無人機測繪數據處理關鍵技術及應用[J].建筑工程技術與設計，2017（33）：297-297，2663.

[3] 左志權，王柯，劉正軍，等.無人機多傳感器數據幾何后處理框架設計與質量控制[J].遙感信息，2014（ 5）：32-36.

[4] 衣峻.無人機測繪數據處理關鍵技術及應用探究[J].中小企業管理與科技，2017（ 31）：158-159.

[5] 羅東山，何軍，崔立水，等.無人機空中激光掃描測繪系統的設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2015（10）：175-177.

[6] 姜會義，張學珍，張學萍，等.車載無人機在測繪應急保障中的應用[J].測繪與空間地理信息，2016（ 7）：171-172，178.