小型無人機在大比例尺地形圖測繪中的應用

李文鵬，楊益軍，李天蘭

（昆明理工金圖科技有限公司，云南 昆明 650031）

傳統的地形圖測繪方式大都采用全野外采集方式，例如全站儀和GPS-RTK等，存在的弊端也很明顯，例如成圖周期長，人力成本高，采集數據效率低。隨著科技的不斷發展，無人機的技術逐步成熟，利用航空攝影測量成為了我國較大范圍地理信息主要的采集方法之一，全面的優化了傳統測繪方法。但是，傳統的航空測繪方法，受限于種種原因，無法滿足小范圍大比例尺地形圖測繪所需要的條件[1]。本文就對小型無人機在大比例尺地形圖測繪中的應用進行深入研究。

1 小型無人機發展狀況

“無人機”顧名思義就是無人駕駛的小型飛機，英文簡寫為“UAV”，具有的特點優勢明顯，主要是通過自帶的程序控制設備和無線電傳輸信號對無人機進行控制，無人機的結構設備簡單，造價低廉，能去到很多人們無法到達的地點進行作業[2]。同時，它不需要人對它進行駕駛，降低了很多的風險。

因此，它不但可以完成有人駕駛飛機的任務，同時還可以完成有人駕駛飛機不適合完成的任務。在面對自然災害和突發事件時，無人機能起到一個很好的應急和預警作用。隨著技術的不斷改良，小型無人機運用的范圍越來越廣，成本也會越來越低，市場需求也就隨之變得很大[3]。相信在未來，人工智能技術達到成熟，無人機的技術也就越來越成熟，各方面的性能也會趨于完美，不僅僅局限于航拍技術，在其他的各個方面也會有很好發展方向，例如物流、通信、防災等等，完完全全可以在方方面面影響讓未來人們的生活。就目前而言，航拍技術需求最為急切。

2 小型無人機的結構特點

小型無人機的機構簡單，無人機系統主要由無人機的飛行平臺、非測量型照相機、保持平衡的穩定平臺、地面控制站、傳輸信號的遠程通信裝置和對地型進行處理的數據處理軟件組成。無人機由于體積小，無人駕駛，比傳統的航拍測量更加方便，快捷，它對飛行場地的要求低，在各種惡劣的環境條件下都能夠快速安全的起飛，并且，他不需要申請航空許可，體積小，便于人們隨身攜帶。

無人機的操作原理和系統都很簡單，所以，無人機在制作成本上，以及系統維護中都非常低廉，經濟實在。操作靈敏，因為體積小巧，所以在作業方面也是非常靈活，圖像成像成本價格低廉，所以，在整體上利用小型無人機航拍測繪地圖所需要的成本比傳統航拍更加經濟實在。

人為駕駛的飛機飛行高度都普遍偏高。而小型無人機的飛行高度就比較低，所以在航拍測量的數據比傳統航拍測量呃呃數據更加精準，獲得更加精細的大比例尺影像，所以小型無人機在繪制小范圍大比例尺地形圖中更具有優勢。同時，小型無人機對后續的數據能力也是非常強的，按照實際需要，可獲得高度重疊的地形圖影像，增強獲得高精準度的數據處理能力。

3 測區的大概情況

對于很多測量人員很難進入的地區，利用無人機進行航拍測量數據就顯得十分必要，例如上海浦東地區的大治河入海口南側的潮間灘和四川盆地高山地區，測量人員及難進入的地區，利用無人機采集數據，既降低了繪制成本，又大大節約人力資源。

4 無人機的數據采集及處理

4.1 布測控制點

控制點的布置及數量非常重要，因為小型無人機在高空受高度、氣流以及信號強弱等因素的影響，飛行狀態并不是十分穩定，因此，小型無人機用于記錄的信號的POS信息不具備繪制大比例尺測圖的條件。所以要根據具體的地形以及繪制的難易程度和路的布測控制點，例如合理安排控制的數量以及控制點的地點。以保證其能夠通過系統測量，合理利用GPS網絡RTK進行測量，以保證所有控制點都能夠精準覆蓋，且精度均小于2cm，以保證繪圖的準確度。

4.2 影像數據的采集與整理

在繪圖過程中，圖像數據的采集是繪圖的關鍵步驟，在進行采集數據之前，必要的準備工作就顯得十分重要，決定后面采集的數據是否能用。采集數據之前的第一步就是將DJIGD軟件接入無人機，對無人機進行飛行前的指南針校準，其次就是檢查SD卡是否可用，還要檢查無線電傳輸信號是否能準確接收，然后采用Altizuree軟件進行此次飛行的航線路徑設定，根據具體的測區范圍進行飛行區域劃分。例如測量區域的特點是東西方向寬，南北方向窄，可以將測區按東西方向化為五個區域，每個區域都是一個飛行架次。同時，在飛行航拍采集數據時要合理設計圖像重疊度和飛行高度。最佳的圖像重疊度就是采用設定航線重疊度85%和旁像重疊度為80%，高度要根據具體的地形進行設定。最后在按照設定好的路線起飛無人機，通過控制系統對無人機進行操控，并在遠端實時查看利用無人機采集數據的具體情況。

4.3 進行處理數據

飛行結束后要對采集的數據進行整理和處理，首先要導出拍攝的照片，并且需要把拍攝有像控點的照片挑選出來，再在每組像控點照片中選出六張照片進行備用，而像控點盡可能的留在照片中間，以避免照片畸形帶來的影響，然后利用攝影測量自動建模軟件對挑選出來的照片進行處理，為保證最終的得到數據精確，就要利用相片的曝光點對影像進行精確的處理，刪除多余不要的影像。最后將像控點的數據軟件中進行刺點處理，刺點位置盡量保證在照片中間取得。獲得精確的數據之后要對數據進行計算，以便得到最終結果，而數據的處理方式主要有空三解法、點云加密，每種計算過程都需要通過專業的攝影測量處理軟件自動完成，在軟件上直接得出DSM與DOM數據結果，以供人們能夠更加直接的觀看數據結果，利用軟件進行處理數據處理，在一定的程度上減輕了人工計算的難度以及人力制作成本。

4.4 繪制地圖

將上述計算得出的DOM數據直接輸入ArcGIS軟件中，將房屋、橋梁、道路、懸崖、山坡、樹林、水泥、草坪等等具體的物體圖層分別建立出來，并且依據DOM數據的分層矢量化處理。并且要把在野外采集的建筑物以及山丘草坪的具體特征點繪制到ArcGIS軟件中，將其數據特征與攝影測量矢量化后得到的特征點進行對比，依照對比結果對DOM矢量化后的數據進行對比糾正圖形，以此將矢量化后的結果進一步精確，得到更加準確的成果圖。為了獲取測量地區有關地形地貌的高程數據特征所采用的方法是利用DSM軟件以及在現場勘查時所收集有關地形地貌的高程數據。并將數據也輸入ArcGIS成圖軟件中，將地形地貌數據特征繪入地圖中，并將最終是矢量化結果轉換到CAD中，在依照最終成圖要求對地圖進行修飾整理，最后將成果保存為DWG格式。

5 最終成果分析

將最終結果進行最終的精確度分析，主要就是將影像成像點數據與實測點數據進行全方位的對比分析，包括高程以及平面，并將數據結果進行準確的評估。以現場實測的高程點數據為評估基礎數據，對DSM處理后得出的最終數據進行分析對比，得到實驗最終的精確數值，按照國際繪制地圖的精確度誤差范圍考核繪制的地圖是否達標。而根據國家頒發的《1：5001：10001：2000地形圖航空攝影測量數字化測圖規范》中要求1：1000比例尺平面和高程中誤差分別為0.6m和0.4m，1：500比例尺平面和高程中誤差分別為0.4m和0.4m，以此標準考核小型無人機在進行航拍測量繪制大比例尺地圖中是否能夠準確完成任務。

由測量數據顯明，小型無人機在進行航拍、測量、繪制小范圍大比例地圖時非常精確，而在繪制大范圍小比例地圖時就沒有達到很精確，由此可以看到，小型無人機用在繪制大比例地圖時非常方便有效。

6 弊端分析

經過多次測量對比分析可知，小型無人機在進行航拍測量時，會受到很多因素的影響，例如飛行的高度，高空中的氣流，航線的設定，照片重疊度，天氣以及高空的溫度等等，都會對無人機的航拍測量造成影響，因此，在使用小型無人機進行航拍測量時，除了要仔細檢查無人機自身的系統和測量軟件，還要充分考慮到測量環境、天氣對無人機的影響。

7 結語

小型無人機的誕生，是社會進步的象征，是科技研發的成果。我們享受著科技帶來的便利，同時也利用科技的成果改變我們的生活。利用無人機航拍測量，將地圖更加精確地繪制出來，為人們的生活帶來便利，也為科技的研發提供途徑，將無人機系統進行進一步的改良，實現以新技術為依托，并且在保證測量精度的情況下，使繪制地圖變得更加高效，更加快捷，并在很大的程度下改進現有的作業技術。