無人機測量技術在地形測量中的應用分析

丁銳

（內蒙古建筑職業技術學院，內蒙古 呼和浩特010070）

1 概述

無人機測量技術是航空攝影測量和遙感中出現的現代測繪技術，該技術可以快速、及時和全方位地獲取地理信息，具有飛行高度低、分辨率高、獲取數據快速等特點，能夠滿足測量工作對于實時性的要求，所獲取的高分辨率影像數據對于地理信息處理和應用具有重要的意義，目前已經成為測繪科學與技術領域研究的熱點。

2 無人機測量的技術原理與系統組成

2.1 技術原理

無人機測量技術是遵循航空攝影測量的基本原理，采用無人機（unmanned aerial vehicle，UAV），搭載專業數字航測設備經低空航空攝影獲取高清影像數據（像片），通過使用綜合法、全能法、分工法等測圖方法，對單張測圖像片進行中心投影的透視變換，對立體測圖進行投影過程的幾何反轉，通過數據分析處理軟件進行影像數據的精細化處理進而生成三維點云與模型，實現地理信息的快速獲取，生成測量產品，滿足測量需求。

2.2 系統組成

無人機測量系統主要由三個部分組成，即：飛行控制系統、地面控制系統和數據處理系統。飛行控制系統是無人機測量系統中的主體部分，包括無人機機體與動力裝置、機載航攝設備、飛行控制設備、導航裝置等。地面控制系統也稱為地面控制站，是無人機系統的指揮、控制中心。遙控無人機的上行數據及無人機向地面傳輸的圖像和遙測數據都在此進行處理和顯示。地面控制系統一般由航跡規劃設備、控制及顯示平臺、圖像處理設備、計算機及信號處理器、通信設備、無人機起降設備等組成。數據處理系統主要是對機載航攝設備獲取到的高清影像數據，按照測量任務的實際要求進行解算和處理，生成三維點云與模型數據，獲取相應的地理信息。

3 無人機測量在地形測量中的技術優勢

3.1 數據獲取快速高效

在采用傳統方法進行地形測量工作時，需要投入大量的人工和時間，外業測量的工作周期較長，測量內業過程中對數據的檢核和校對也需要很大的工作量，且不能快速掌握整個測區的測量情況，經常需要對測區進行補測。而無人機測量技術可以在短時間之內完成對地貌、地物的地理信息收集與整理工作，其作業條件不受地形和氣候的影響，需要投入的技術人員較少，內業也可以在短時間內完成對圖像信息與數字信息之間的轉化。因此，與傳統的地形測量工作方法相比，無人機測量技術可以快速獲取地理信息數據，大幅度提高工作效率。

3.2 測量數據精度較高

在大比例尺低空測圖中，測量誤差主要為儀器誤差、人為誤差以及氣候等外界因素影響產生的誤差，若配合GPS 輔助控制測量，無人機測量的實際測量精度可以達到亞米級，測圖精度可以達到1：1000，可以滿足大比例尺地形圖測量規范精度要求。同時，通過無人機測量所拍攝的像片還可以獲取大量的三維地理信息，這些地理信息經平差計算矯正，可以進一步提高無人機測量的精度，因此，在地形測量中，無人機測量技術可以保證較高的數據精度，滿足測量精度規范要求。

3.3 作業方式靈活快捷

在地形測量工作過程中，常常受到地形復雜程度，天氣條件的制約和影響，使得地理信息的獲取出現障礙，但是無人機測量技術的應用能夠有效解決這些問題，無人機測量主要在低空域進行，天氣條件對其影響有限，亦不受地形條件影響，在測量過程中無需考慮地形復雜程度等因素。同時，無人機體型較小，對起降的環境條件沒有要求，無人機的操作人員采用的是遠距離操作控制，可以確保測量操作人員的安全性。因此，其靈活快捷的作業方式可以進一步提高測量工作的效率和質量，降低測量成本。

3.4 協同應用能力較強

在地形測量工作過程中，應用無人機測量技術，不僅可以發揮其航空攝影的獨特作用，還可以與GPS 衛星定位技術、遙感技術、航空測繪技術和其他傳統測量技術等協同應用，通過其獲取的三維可視化數據和影像可以建立數字高程模型（DEM）、數字正射影像圖（DOM）和數字線劃圖（DLG），為測繪工作提供更多的輔助應用。因此，無人機測量技術的兼容性和協同應用能力使得測量工作更能夠取得綜合效果。

4 無人機測量在地形測量中的應用過程

4.1 像片控制測量

在應用無人機測量技術進行地形測量時，第一步工作就是布設像片控制點，布設時根據測區實際情況和拍攝跨度、測圖精度要求在實地進行基線確定和踏勘選點。像片控制點布設后可采用GPS 靜態測量、GPS-RTK 動態測量或全站儀導線測量與測區內高等級GPS 控制點進行聯測，進行像片控制測量。為確保像片質量，像片控制點上還需架設人工布標。像片控制點布設完成后，要檢校無人機上的攝像設備，確保設備運行正常，為下一步的航空攝影做好準備。

4.2 航空攝影

在航空攝影開展前，首先需要根據測區地貌地形情況和天氣情況規劃設計科學合理的航線，要充分考慮到山區、平原、水域、建筑物和構筑物等地貌地物要素和風力、風向、光照等氣候要素的情況，進而設置好航拍架次和拍攝區域寬度以及拍攝設備的像幅，選擇氣候條件較好的時間段開展航空攝影。

4.3 空中三角測量

航空攝影過程中得到的影像數據需要進行糾正和調校才能形成測量成果，糾調過程中采用的方法就是空中三角測量的加密計算，可以采用半自動作業的方法在像片上選取、量測測圖定向點進行整體平差，消除地球曲率、大氣折光等造成的數據誤差。目前可以通過計算機軟件進行空中三角測量的自動計算，實現相對定向和單片糾正，提高測量成果的質量，保證測量精度。

4.4 內業數據采集和測圖

像片等數據源經過糾正和調校后即可進行地理信息數據的采集，內業數據的采集和處理可采用全數字攝影測量系統進行，為確保數據采集的準確性，重要的地理信息數據可通過手動方式進行采集，其他普通地理信息數據可以使用計算機進行立體采集。數據采集完畢后可以直接導入空中三角測量的加密平差計算成果進行建模并完成數字高程模型（DEM）、數字正射影像圖（DOM）和數字線劃圖（DLG）的制作。

4.5 外業調繪和精度檢查

外業調繪是對測量成果的再次檢核，使用的是紙質地形圖對測區內不清晰不完整的地物地貌要素進行補測和修測，對已有地物地貌信息進行檢查和改正，對缺失的地物地貌信息進行增補。同時，利用GPS-RTK 等測量方法進行野外實測來檢查測圖的精度，得出平面和高程誤差結果，依據測量規范評判測量精度，從而最終形成測量內容表達清晰，地物地貌全面涵蓋，測量數據準確可靠，測量精度符合規范要求的地形圖成果。

5 無人機測量在地形測量應用中存在的問題

任何測量技術都存在短板和缺陷，無人機測量在地形測量中應用也存在下述問題：一是開展小測區地形測量的無人機一般體積小、載量低，通常攜帶普通微單相機來實現航拍，會使得像片像素不能滿足成圖要求，存在畸變差，導致數據精度不能達到地形測量的高精度要求；二是小型無人機所配備的電池容量較小，續航時間較短，不能滿足長時間的穩定測量任務，航拍過程中存在不確定性，若飛行過程中遭遇強氣流，可能會造成飛行器損壞等經濟損失。

6 結論

目前在地形測量工作中對無人機測量技術的應用愈加廣泛，未來可以探索無人機測量技術與傳統的地形測量方法協同作業，發揮各自的優勢。無人機測量技術做為有人機航空攝影測量技術的重要補充，必將在地形測量中得到更加廣闊的應用前景，因此對其應用進行分析具有重要意義。