無人機在區(qū)域地形測量中的應用

鄧勇 賈超

摘 要：傳統(tǒng)測量方法在區(qū)域地形測量中不僅成本高、工作量大而且數(shù)據獲取量存在局限性，不利于市場競爭。隨著無人機的快速發(fā)展以及攝影測量技術的進步，獲取地形測繪數(shù)據的手段趨于多樣化。本文以景區(qū)規(guī)劃地形測量為例，對區(qū)域進行低空無人機航攝，并對數(shù)據進行處理成圖，經檢查驗收滿足在工程中的應用。

關鍵詞：無人機；航空攝影；地形測量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.140

1 引言

隨著社會進步，傳統(tǒng)測量方式，面臨著效率低下，數(shù)據量不足、生產成本高等因素，并造成測量行業(yè)逐漸成為勞動密集型產業(yè)，進而加劇測量行業(yè)必須尋求新方法、新技術的發(fā)展道路。隨著無人機技術的高速發(fā)展，以及攝影技術與GPS技術的成熟[1]，低空無人機攝影測量在各個領域越來越引起測量人員的重視。本文以登封一景區(qū)地形測量為例，利用無人機的優(yōu)勢進行數(shù)據采集處理并進行分析、探討這種方法應用可行性。

2 無人機攝影測量

2.1 測繪航空攝影

測繪航空攝影是指在飛行器上安裝航攝儀對地面進行攝影。目前能夠承載高清航攝儀的飛行器，根據飛行高度主要可分為大型飛機、直升機、無人機等機載平臺。無論是大型飛機，還是直升機作為航攝儀的載體，其應用范圍局限性比較大，不利于民用市場競爭，而無人機技術的高速發(fā)展，促使了攝影測量的廣泛利用[2]。

2.2 攝影測量原理

攝影測量是根據航攝儀對地航攝，在已知像片坐標和對應的物方坐標基礎上，根據中心投影共線方程進行解算，求得像對6個外方位元素，然后即可對航攝影像進行立體恢復至物方坐標系。利用攝影測量，相比傳統(tǒng)測量方式，具有不直接接觸地面、獲取信息量大、自動化程度高等優(yōu)點。

2.3 項目實施

2.3.1 制定航攝范圍

登封市范家門景區(qū)位于登封市范家門村，占地面積約7平方公里，根據收集地籍資料，確定行政區(qū)域后進行坐標轉換，在Google地球劃定航攝范圍。如下圖1：

2.3.2 制定飛行計劃

本次飛行根據無人機的特點，飛行區(qū)域地形特點進行攝區(qū)劃分[3]，劃分原則遵循以下原則：

（1）分區(qū)界線與圖廓線相一致。

（2）分區(qū)內的地形高差不大于1/4相對行高。

（3）根據景區(qū)內道路交通情況，以及飛機起飛條件進行劃分。

2.3.3 坐標控制系統(tǒng)

本次飛行控制坐標系采用1980西安坐標系，航攝前，在景區(qū)布設E級GPS控制點6個，均勻控制景區(qū)區(qū)域范圍。控制點分布圖如下圖2。

2.3.4 布設質量檢核點

航攝前須在景區(qū)范圍內設置質量控制檢核點。檢核點點位分布合理，能均勻控制整個景區(qū)范圍。根據實地考察和衛(wèi)星影像，確定航攝范圍內有數(shù)條新修大車水泥路，本次質量控制檢核點選在景區(qū)主干道水泥路上。檢核點航攝效果圖見圖3。

3 數(shù)據處理技術路線

（1）根據無人機攝影處理系統(tǒng)獲取DOM、DEM數(shù)據，地物數(shù)據根據DOM影像進行描繪，同時在ARGIS中根據DEM數(shù)據自動生成等高線。

（2）利用ARCGIS提取DEM點云數(shù)據，與DOM數(shù)據、等高線數(shù)據進行人機互助刪除干擾點云數(shù)據。

（3）對處理后的數(shù)據重新生成等高線，與DLG數(shù)據疊加成圖。

4 成果數(shù)據檢核

對航攝前布設的檢核點進行實測分析，分析結果見表1。

經對比分析，平面坐標最大誤差20cm，高程誤差最大誤差28cm，根據點位誤差計算點位中誤差。中誤差計算結果見表2。

中誤差（m）計算公式：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：Mx-坐標x的中誤差；My-坐標y的中誤差；Mh –坐標h的中誤差；Ms-點位中誤差；Xi-坐標x的檢測值；xi坐標x的航攝值；Yi-坐標y的檢測值；yi-坐標y的航攝值；n-檢測點數(shù)。

根據1：500 1：1000 1：2000 外業(yè)數(shù)字測圖技術規(guī)程[4]（GB/T 14912-2005）的要求：

本次景區(qū)規(guī)劃測量屬于山區(qū)，按照地區(qū)分類劃分界于丘陵地和困難地區(qū)，根據精度檢核結果滿足規(guī)范要求，并且滿足工程施工的需要。

5 結束語

登封市范家門景區(qū)開發(fā)是政府對農村扶貧開發(fā)項目，投資的資金有限。在有限資源下完成景區(qū)規(guī)劃地形測量，是本次設計任務需要考慮的。無人機技術的成熟，使得攝影測量航攝載體成本極大的降低[5]，GPS-RTK實時高精度測量解決了攝影測量中實時外方位角元素。經實際應用總結，低空無人機航空攝影在區(qū)域地形測量生產成本低、效率高、數(shù)據量大、相對精度高，能夠滿足工程需要。

參考文獻：

[1]劉大杰，施一民，過靜珺.全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據處理[M].上海：同濟大學出版社，1996（08）.

[2]顧潔.無人機航攝在農村土地承包經營權確權登記頒證中的應用--以鳳陽縣為例[J].測繪通報，2016（02）：94-96.

[3]李萌，李媛，宋文平.小型無人機低空攝影測量在土地確權應用中的探究—以陜西試點區(qū)域為例[J].江西農業(yè)大學學報，2016，38（04）：760-766.

[4]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 14912-2005 1：500 1：1000 1：2000外業(yè)數(shù)字測圖技術規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2005.

[5]王妍，孔祥仲，賈世真，劉輝.無人機航空攝影測量系統(tǒng)在農村土地確權中的應用[J].測繪與空間地理信息，2015，38（08）：114-116.

作者簡介：鄧勇（1984-），男，湖北棗陽人，碩士研究生，測繪師，中級，研究方向：空間數(shù)據采集方法和數(shù)據處理。