關于無人機測繪數據處理關鍵技術及應用

馬蕾

摘 要：近年來，經濟的發展，促進我國科技水平的提升。隨著科學技術水平的不斷提升，給工程測繪技術提出了更高的要求，不僅要具備較高的測繪效率，同時對于數據處理水平也必須要得到提高。無人機測繪作為一項新型的測繪技術，不僅具有測繪效率高、精度高的特點，同時其在數據處理方面也具有巨大優勢，可以大大提高數據處理的效率，降低人工勞動力的投入。本文就關于無人機測繪數據處理關鍵技術及應用展開探討。

關鍵詞：無人機；測繪數據處理；應用

引言

人機技術的日益成熟，使得無人機在地圖測繪、災害監測、地質勘查等民用領域得到了廣泛應用。無人機在飛行過程中，利用機載小型攝像機航拍目標區域的圖像、視頻，然后將這些數據信息傳輸回控制中心，方便管理人員動態化的了解目標區域的實際情況，從而為下一步開展相關工作提供了必要的參考。在這一過程中，如何提高無人機測繪數據處理的效率與質量，成為決定無人機在測繪行業應用效果的重要因素。

1 無人機測繪技術數據處理概述

無人機作為當下時代的主要產物，被廣泛應用到軍事和民用等多個領域。而無人機在工程測量中的應用，使得測量效率得到了大幅度提高，同時對于測繪結果的精度也可以得到保障。無人機系統主要包括以下幾方面結構，即導航系統、數據傳輸系統和飛行姿態控制系統。根據無人機機翼的結構，可以將其分為固定翼無人機和多旋翼無人機，其中四軸無人機飛行器是多旋翼無人機的主要代表。利用無人機進行測繪數據的處理主要原理如下，即通過無人機控制點所獲得的數據信息，將其與無人機航拍所得到的圖像信息進行結合處理，最終得到相關的數字產品。無人機測繪數據處理的效率和精度高低對于后續工作影響較大，所以相關研究人員要給予高度重視。

2 無人機測繪系統組成分析

（1）空中部分。無人機遙感測繪系統的空中部分主要包括4個方面，控制系統、傳感器系統、壓縮系統和無人機平臺。控制系統主要是指地面控制中心，即地面工作人員通過相關網絡平臺的操控，可以實現對無人機的遠程控制，從而完成一系列的飛行姿態轉變；傳感器系統是無人機遙感測繪系統的核心部分，其中布設有CCD數碼相機、合成孔徑雷達等設備，可以高效地進行空間影像拍攝處理；壓縮系統可以實現對數據的實時傳輸，確保數據信息的高精準度；無人機平臺即低速無人駕駛飛機。（2）地面部分。無人機遙感系統的地面部分可以細分為無人機軌跡規劃部分、無人機遠程控制部分和影像拍攝顯示部分。其中，軌跡規劃任務主要是對無人機測繪航線、性能以及作業區范圍進行規劃，確保無人機測繪的高效進行。完成軌跡規劃后，由地面遠程控制系統進行無人機的測繪作業，同時由地面顯示系統記錄無人機拍攝的各類影像數據。（3）數據處理部分。無人機遙感測繪系統包含計算機處理系統，獲取實物影像信息后，由計算機系統進行數據采集、存儲和處理工作，不僅減少了人工工作，而且大大提高了數據處理結果的準確性。無人機遙感測繪系統依靠地面部分、空中部分以及數據處理部分之間的配合完成工程測繪作業，功能性較高，可以被應用到地質災害災區監控方面，不但可以了解災區詳細影響信息，還可以為后續災區重建提供重要的數據參考。

3 無人機測繪數據處理關鍵技術研究

3.1 相機校驗

在無人機測繪系統當中，最為重要的一個設備就是非量測相機，其測量準確度直接決定著整個測繪結果的準確性，但是在實際應用過程中難免會產生一定的誤差，主要是由以下幾個方面因素所造成的：首先，相機的鏡頭本身就存在較大的畸變差，這就使得測量點可能出現一定的誤差，從而影響測繪結果；其次，由于事先不知道相片中心和相機主距的具體坐標，所以不能根據影像對坐標進行準確的判斷，這樣會在一定程度上影響數據處理效果。想要更好地避免這種現象的發生，不斷提高數據處理的準確性，就需要專業人員對相機進行校驗。

3.2 DOM生產

DOM（數字正射影像技術）是無人機測繪數據處理中的關鍵技術，在實際應用和生產中，主要包括數據處理、影像糾正和勻色處理等環節。這幾個環節的處理水平直接影響了DOM最終的結果精度。進行DOM生產時，人工作業量較大，為了確保數據處理結果的準確性，需要使鑲嵌線避開人工建筑，以確保DOM接邊的精度符合相關標準。

3.3 DEM生產

對于一些地理環境比較復雜的測繪目標，需要借助于無人機測繪技術構建DEM（數字高程模型），以方便技術人員更加詳細的掌握測繪目標的各種情況。DEM作為一種對實體物體的數字化模擬，不僅能夠體現出現場情況的具體細節，例如道路、樹木和建筑等，而且可以根據工作需要，對這些虛擬模型進行隨意的修改。雖然無人機測繪數據的精度能夠滿足工作需要，但是對于一些重疊、遮擋的情況，仍然需要技術人員運用DEM技術，對測繪數據和虛擬模型進行人工編輯，這樣就可以及時發現并糾正無人機航拍影像資料的缺陷。此外，將DEM與BIM相結合，還能夠利用電腦軟件生成測繪區域的三維模型，并且利用無人機高分辨力的測繪數據，還原測繪目標的細節，這也為提高無人機測繪的實用價值起到了支持。

3.4 動態后處理技術

動態后處理技術，又稱PPK技術，其是一種GPS技術。PPK技術的優勢主要體現在以下幾方面：（1）外界影響環境小；（2）作業半徑大；（3）定位精度高。該技術對季節條件和氣候條件要求較小，最大作業半徑可達30km，其精確度可達到5mm。目前，PPK技術主要應用于空中三角測量中。

3.5 空中三角測量

空中三角測量也是無人機測繪數據一種常見的技術，其應用內容主要包括對平差的計算、像點的匹配以及電測幾項內容。像點匹配操作一般情況下都是由計算機所完成，當然相關工作人員需要提前對計算機軟件進行參數的設置，之后將像點導入到計算機系統當中，其就可以自動完成對各個像點的匹配。無人機在實際飛行過程當中，其姿勢會發生多種變化，所以拍攝角度也會不停地改變，這就造成測繪數據難免出現誤差，在對這些測繪數據進行處理的時候，可以采用像點匹配算法或者是迭代算法，這兩種算法可以有效降低高層誤差和平面位置誤差，從而有效提高測繪結果的準確度。

3.6 DLG生產

數字線劃圖（DLG），是與現有線劃基本一致的各地圖要素的矢量數據集，且保存了各要素的空間關系信息和相關屬性信息。無人機航空攝影測量生產DLG主要過程包括在空三加密基礎上恢復立體像對、立體采集、外業調繪和內業編輯成圖。DLG生產周期在數字測繪產品生產中最長，其立體采集需要專業技術人員佩戴3D眼鏡通過專業立體電腦采集。目前無人機測繪中，DLG的應用還具有一定的局限性，這主要是因為DLG生成的圖形會受到地圖要素的影響，產生波動變化。如果無人機多次測繪獲取的地圖要素存在較大誤差，將會導致數字線劃圖中的坐標發生改變，也就失去了參考價值。因此，下一步的技術發展方向，就是要提高無人機測繪精度，盡可能的消除干擾影響，將DLG的誤差控制在一定范圍之內，提高其使用價值。

4 無人機測繪數據關鍵技術的應用

4.1 在礦山測繪中的應用

某地新發現一座礦山，為確保礦山開采安全，需要進行無人機測繪。具體測繪步驟如下：首先，進行無人機航線設計，通過航拍要獲取礦山的地形地勢、測區總面積、周圍交通等數據信息。根據礦山測繪需要，確定無人機飛行的具體參數，包括飛行高度、分辨率等。其次，做好地面控制工作，提前確定好若干個測繪點，方便無人機搭載的高精度數碼相機進行數據采集。在完成第一次航拍后，地面控制人員可以對無人機反饋的拍攝信息進行檢查。如果測繪數據達不到使用要求，需要調整無人機的拍攝角度、飛行高度，重新進行拍攝，直到獲取足夠多的測繪數據。最后，將無人機收集到的測繪數據進行整合、分析，得出礦山的具體信息，包括地勢特點、交通情況、植被覆蓋情況等，為下一步的礦山開采工作提供了詳細的指導。

4.2 在環境監測中的應用

將無人機測繪數據處理關鍵技術應用于環境監測中，不僅可以快速獲取航測影像，并且獲取的影像精度較高。因此，將無人機測繪數據處理技術應用在環境監測中，具有重要的價值，可以全面掌握環境污染情況，尤其是排污污染情況。另外，在環境監測方面，無人機測繪數據處理關鍵技術還能應用于海洋監測、濕地檢測以及固體污染物監測等領域。

4.3 在國土測繪中的應用

將無人機測繪數據處理技術應用到土地資源管理工作中，可以有效提升我國土地資源的利用率，將其應用到國土測繪工作中，可以使得相關工作人員更好地掌握我國目前土地資源的實際利用狀況，這對于國土部門的土地規劃方案制定具有非常重要的價值，可以使得規劃方案更加科學合理，符合我國實際國情。除此之外，無人機在國土資源中的應用還實現了動態監測，對區域規劃工作也起著具有十分重大的意義。

4.4 在災情救援中的應用

近年來，我國各類自然災害頻繁發生，尤其是地震災害。為在各類災害發生后及時展開救援工作，將無人機測繪數據處理技術應用于災情救援中有十分重要的作用。這主要是由于無人機測繪技術具有較強的靈活性和機動性，可以快速且準確地獲取災區地段的影像。總之，將無人機測繪技術應用于災情救援中，不僅為救援工作提供了便利，還提高了救援工作的效率，更為挽救災區人民生命安全提供了支持。

5 無人機測繪數據處理的應用研究

（1）工程概況。本工程為機場高速整治項目，為了確保工程的順利進行，需要應用無人機測繪及數據處理技術，為后續的整治過程提供有效指導。在具體的應用中，需要相關工作人員結合無人機測繪系統進行測區地形地貌的攝影測量，掌握測區內拆遷面積及居民房屋情況等數據，對后續項目的順利開展有重要的促進作用。在本次地質勘察過程中應用了無人機航攝技術，形成DEM、DOM和DLG數據，獲得了分辨率較高的影響資料。勘察地塊有5塊，分別編號為A、B、C、D、E，其中，B地塊又被分為6個小區塊，C地塊又被分為2個小區塊，E地塊又被分為3個小區塊。（二）航線設計。測區基礎數據及采用設備情況錄入如表1所示。

（三）像控點布設測量。無人機測繪中，對數據處理技術的應用應重點放在像控點布設測量中，結合本工程的實際情況，在開展像控點布設測量時，需要特別注意以下幾點：（1）由于本工程測區內的像控點均為平高控制點，因此，為了確保測量精度符合標準，需要在測量時結合測繪資料和成圖精度要求，以此對平高控制點之間的跨度進行控制；（2）本次測量中需要采用4條基線，同時對2條航線重疊位置需要布設4個控制點，為了確保測量精度，需要盡可能地減少各點位之間的范圍，以確保測量的順利進行。（四）空三測量。空中三角測量使用PixeGrid自動空中三角測量系統實施，在進行空中三角測量前，首先需要做好充分的準備工作，模型連接較差應該采用以下公式進行計算：

式中，△S為平面位置較差，m；△Z為高程較差，m；m像為像片比例尺分母；fk為航攝儀焦距，mm；b為像片基線長度。在對像控點平面精度進行控制時，應嚴格控制保證其與鄰近基礎控制點平面之間的誤差，具體如表2所示。

在本工程的實際測量工作中，因為涉及一些居民房屋問題，導致測繪圖像出現陰影，加之居民房屋隱蔽性較多，因此，為了確保最終的測繪精度，需要將平面誤差精度以及高程誤差精度放大。通常最終測量結果分析發現，無人機測繪技術可以顯示出工程測區的空三加密精度，符合相關的規范標準。

6 結語

利用無人機代替人工完成測繪工作，具有效率快、精度高、全天候的優點。但是無人機測繪所得數據中，可能會包含一些失真的、畸變的或不完整的數據，需要利用專門的測繪數據處理技術進行優化處理。這樣一來，才能為人們制定方案計劃和開展實際工作提供必要的參考，充分發揮無人機在環境監測、國土測繪等領域的應用優勢。

參考文獻

[1]賈嬌，艾海濱，張力，等.應急響應中PixelGrid無人機遙感數據處理的關鍵技術與應用[J].測繪通報，2013（5）：62-65.

[2]李興華，羅秀蘭，龔緒才.無人機航測技術應用于公路崩滑陡峭地段測量分析[J].公路交通技術，2016（4）：49-53.

[3]姜麗麗，高天虹，白敏.無人機影像處理技術在大比例尺基礎測繪工程中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2013，36（7）：174-176.

[4]胡大為.試論無人機測繪數據處理關鍵技術及應用[J].世界有色金屬，2018（07）：23+25.