無人機低空攝影測量在城市測繪中的運用

王宏昌　甘欣亮　孟萌

摘 要：無人機低空攝影測量技術(shù)在城市測繪中具有高效率、高精度、靈活性與便捷性的應(yīng)用優(yōu)勢，能為城市規(guī)劃提供其所需的測繪數(shù)據(jù)，使得城市空間布局更為科學(xué)與合理。基于此，本文分析了無人機低空攝影測量在城市規(guī)劃中的優(yōu)勢與具體應(yīng)用，有利于促進(jìn)現(xiàn)代化城市建設(shè)與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無人機低空攝影測量;城市測繪;遙感技術(shù)

中圖分類號：P231;TU984.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）13-0027-03

Discussion on UAV Low Altitude Photogrammetry in

Urban Surveying and Mapping

WANG Hongchang1 GAN Xinliang2 MENG Meng1

（1.National Land Surveying and Mapping Institute of Shandong Province，Jinan Shandong 250000;

2.Yangtze River Space Information Technology Engineering Co.， Ltd. （Wuhan）， Wuhan Hubei 430010）

Abstract： The application of UAV low-altitude photogrammetry in urban surveying and mapping has the advantages of high efficiency， high precision， flexibility， and convenience， and can provide the necessary surveying and mapping data for urban planning， making the urban spatial layout more scientific and reasonable. Based on this， this paper analyzed the advantages and specific applications of UAV low-altitude photogrammetry in urban planning， which was conducive to promoting the construction and development of modern cities.

Keywords： UAV low-altitude photogrammetry;urban mapping;remote sensing technology

城市的可持續(xù)發(fā)展過程中，智能化、信息化測繪新技術(shù)的應(yīng)用將為城市建設(shè)提供可靠的測繪數(shù)據(jù)參考，使城市規(guī)劃建設(shè)部門能充分利用已有的測繪數(shù)據(jù)，保障城市測繪工作的有效性。無人機低空攝影測量是一種新型的測繪技術(shù)，在城市測繪中基本上不會受到外部因素的干擾，具有高度的靈活性與可靠性，有利于提高城市測繪的整體水平。

1 無人機低空攝影測量的主要特點及技術(shù)優(yōu)勢

1.1 操作簡單、成本低

與傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)相比，無人機低空攝影測量的成本投入相對較低，再加上無人機相對輕便，其操作具有便捷性，只需要對操作人員進(jìn)行基本的培訓(xùn)就能保障無人機操作的有效性和科學(xué)性。此外，由于無人機的構(gòu)成相對簡單，后期維修與管理成本也相對較低，因此，操作的簡單性與成本的低投入是無人機低空攝影測量的突出特點，這種特點決定了該測量技術(shù)是一種性價比較高的技術(shù)[1]。

1.2 圖像清晰

無人機低空攝影測量中所獲得的圖像清晰度較高，在實際成圖過程中，受云層等的干擾較小。傳統(tǒng)遙感測量技術(shù)下，如果云層較厚，將會影響圖像的清晰度與分辨率。云層遮擋是影響遙感測量技術(shù)精度的主要因素，如果在測量過程中存在嚴(yán)重的云層遮擋情況，所拍攝的圖片將難以被直接應(yīng)用。而對于無人機低空攝影測量技術(shù)，即使存在云層遮擋，依舊可以保持較高的圖像清晰度，再加上無人機操作的便捷性，測量人員能從不同角度獲得清晰的影像資料，并保障測量結(jié)果精度。可見，無人機低空攝影測量技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)的劣勢[2]。

1.3 精度高

通常情況下，無人機飛行高度為50～1 000 m。在這種低空飛行狀態(tài)下，無人機攝影系統(tǒng)內(nèi)所配備的高清攝像頭所拍攝的圖像更為清晰，精度更高。當(dāng)前，在城市化快速發(fā)展過程中，為保障城市規(guī)劃建設(shè)的合理性，相關(guān)人員對測繪精度的要求相對較高，無人機攝影測量的高精度促進(jìn)了城市測繪的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

1.4 效率高

在同一區(qū)域內(nèi)同時使用傳統(tǒng)飛機測繪測量與無人機低空攝影測量，無人機低空攝影測量的時間相對較短，效率較高，且在實際測量工作中，有關(guān)人員也能根據(jù)相應(yīng)的測繪需求靈活調(diào)整測繪技術(shù)。此外，無人機在飛行過程中具有一定的防雨與抗霾能力，氣候因素等基本不會對無人機飛行產(chǎn)生干擾，保障了正常測繪工作[3]。

2 無人機低空攝影測量在城市測繪中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于區(qū)域測繪

在城市測繪中，無人機低空攝影測量需要構(gòu)建三維模型，此模型可以為后期的城市規(guī)劃提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)信息。無人機低空攝影測量技術(shù)下，三維模型具有真實性與可視化。在應(yīng)用無人機低空攝影測量技術(shù)過程中，無人機搭載攝影設(shè)備，在目標(biāo)區(qū)域能保障航測的高精度與高效率，在獲得相應(yīng)測繪數(shù)據(jù)之后，無人機航測遙感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就可以直接對這些測繪數(shù)據(jù)加以處理，同時通過構(gòu)建地理信息平臺，有效保障地理信息采集與處理的一體化，保障數(shù)據(jù)處理的整體效率。比如，在某工程中，利用無人機低空攝影測量技術(shù)，獲得了1∶2 000的遙感正攝影信息，而此信息是無人機對該地區(qū)6 800 km2的區(qū)域進(jìn)行測量所獲得的測量數(shù)據(jù)，該測量數(shù)據(jù)的獲得為相關(guān)工程建設(shè)等提供了基本數(shù)據(jù)，使工程建設(shè)項目能順利實施。低空無人機攝影測量具有連續(xù)性、安全性、靈活性的優(yōu)勢，且測量效率極高，較低的成本投入即可獲得高精度的測繪數(shù)據(jù)。

2.2 應(yīng)用于應(yīng)急監(jiān)測

近年來，隨著人們對工程測量的重視，無人機低空攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢凸顯，因此，其被廣泛應(yīng)用于工程測量中，除了在城市測繪中得到應(yīng)用，在工程建設(shè)、應(yīng)急監(jiān)測等方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。比如，以某水利工程為例，在日常工作中，能充分利用無人機低空攝影測量技術(shù)來實現(xiàn)水文環(huán)境監(jiān)測，比如，無人機低空攝影測量技術(shù)、超聲波檢測儀器與測速儀等的結(jié)合應(yīng)用，能對該轄區(qū)內(nèi)的水文情況進(jìn)行實時監(jiān)測，并能保證監(jiān)測的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的可靠性，為水利部門的防汛應(yīng)急工作提供切實的指導(dǎo)[4]。無人機低空攝影測量中，主要實施的是地形航拍測量，隨后通過通信信道對無人機現(xiàn)場獲得的航測視頻、圖像進(jìn)行傳輸。后臺管理部門獲得航測信息后，能根據(jù)信息分析，并配合遙控船等設(shè)備，依據(jù)特定的行駛路線，獲得可靠、完整的測繪數(shù)據(jù)，而計算機系統(tǒng)能直接對這些數(shù)據(jù)加以有效處理，使得測繪數(shù)據(jù)被直接應(yīng)用于應(yīng)急指揮工作中。在水利部門的應(yīng)急監(jiān)測工作中，參與部門較多，這些不同的參與部門之間通過配合與協(xié)調(diào)，能保障應(yīng)急工作順利開展，有效達(dá)到“高空+地面”的全覆蓋，保證水文監(jiān)測的全面性，獲得水位、流量、速度等信息。

2.3 應(yīng)用于智慧城市建設(shè)

當(dāng)前，很多大型城市逐步進(jìn)行了智慧城市建設(shè)，在建設(shè)過程中，城市測繪起著重要的作用。無人機低空攝影測量技術(shù)是城市測繪中應(yīng)用最為普遍的技術(shù)，在具體應(yīng)用中，主要包含以下幾種方式。第一，三維模型構(gòu)建。利用無人機能有效實現(xiàn)城市的全方位測量，獲得城市各個角度的影像數(shù)據(jù)信息，通過三維模型的架構(gòu)，能夠充分發(fā)揮三維模型的可視化特征，使測繪工作人員的工作強度大大降低，保障測繪的效率與質(zhì)量。第二，測量點的選擇。在城市測繪中，為保障城市測繪的整體質(zhì)量，測繪人員在測繪工作開始之前，需要選擇測量點。只有合理選擇測量點，才能在實際測量工作中獲得相對完整的測繪數(shù)據(jù)。在實際測量工作開始之前，專業(yè)人員需結(jié)合測繪需求，進(jìn)行測量的分區(qū)處理，保障測量點選擇的合理性，提前進(jìn)行測量規(guī)劃，使得在測量過程中能達(dá)到過程控制的作用，測量點的選擇需要具有代表性[5]。第三，圖像處理。無人機低空攝影測量過程中，為了保障測量的精確性，測量人員需要在測繪之前檢查相應(yīng)的測量設(shè)備，并做好相應(yīng)調(diào)整，比如，對拍攝鏡頭、旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)整，并在測繪之前對鏡頭等實施必要的加固處理，避免在無人機低空攝影過程中出現(xiàn)鏡頭移位等情況。同時，后期的圖像處理極為關(guān)鍵，要求有關(guān)人員嚴(yán)格根據(jù)獲得圖像的情況，進(jìn)行色調(diào)與尺寸處理。第四，數(shù)據(jù)處理。在數(shù)據(jù)處理上，主要是進(jìn)行影像參數(shù)的精細(xì)化處理，保障處理結(jié)果能滿足測繪需求。如果是連接點的數(shù)據(jù)處理，需要首先應(yīng)用光速法來實施網(wǎng)平差處理，使影像內(nèi)方位元素的獲取相對準(zhǔn)確，隨后采用密集匹配技術(shù)，得到更為精確的DSM點云數(shù)據(jù)，達(dá)到濾波處理、糾偏處理的效果[6]。

2.4 城市更新數(shù)據(jù)精度檢驗

與一般的工程測量相比，城市測繪對測繪數(shù)據(jù)精度有著極高的要求，只有保障測繪數(shù)據(jù)的精確性，才能推動現(xiàn)代化城市的發(fā)展，加快智慧城市建設(shè)。在大范圍城市測繪工作中，對銜接位置處的精度要求較高，因此，當(dāng)基本測繪工作結(jié)束以后，專業(yè)的測繪人員需要立即選點，并進(jìn)行測繪精度檢驗。在數(shù)據(jù)精度檢測方面，無人機低空攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢明顯，能夠最大程度上保障精度檢驗的可靠性。在具體檢驗過程中，相關(guān)人員需要充分利用無人機來對相同區(qū)域內(nèi)不同形式下的測繪結(jié)果進(jìn)行檢驗。從當(dāng)前的精度檢驗來看，主要包含DOM正射影像圖、DLG數(shù)字規(guī)劃圖成像精度的檢驗。一般情況下，在檢驗過程中，首先要將GNSS設(shè)備與CORS定位服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接，隨后將公共數(shù)據(jù)點作為基準(zhǔn)點，將所獲得的測繪數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)點的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析與對比，根據(jù)對比結(jié)果，判斷二者之間的差異是否處于正常范圍內(nèi)[7]。比如，以某測繪結(jié)果為例，其精度對比如表1所示。

3 結(jié)語

近年來，在城市化快速發(fā)展過程中，無人機低空攝影測量技術(shù)逐步得到了有效應(yīng)用，并為相關(guān)部門的城市規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的依據(jù)，使得城市規(guī)劃、發(fā)展更具科學(xué)性。利用無人機低空攝影測量技術(shù)獲得的測繪數(shù)據(jù)更符合城市測繪的基本要求，有助于城市的可持續(xù)發(fā)展，有利于為城市居民創(chuàng)造更良好的環(huán)境條件。

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[7]索瑩瑩.無人機低空攝影測量在城市測繪中的運用探討[J].居舍，2019（32）：195，151.

收稿日期：2020-04-05

作者簡介：王宏昌（1987—），男，碩士，中級工程師，研究方向：攝影測量與遙感。