小型無人機航測技術在土地測繪中的應用

李愛紅　賈煥景

【摘? 要】隨著測繪技術的發展，無人機航拍已成為小區域地形測繪的主要手段?該文在闡述測繪儀器發展的基礎上，重點探討了無人機技術的發展與應用，并以大疆精靈4RTK無人機航測系統和ContextCapture軟件為例，梳理了小型多旋翼無人機進行小區域航測生產正射影像圖工作的具體流程，為無人機航測技術在土地測繪中的應用提供參考?

【關鍵詞】無人機;攝影測量;土地測繪;應用

土地是地球表面某一地段包括地質?地貌?氣候?水文?土壤?植被等多種自然要素在內的自然綜合體，是人類社會得以存在和發展的基石?土地測繪就是對土地及其之上的附屬物進行準確空間定位的工作?無論是土地資源的調查與評價?國土空間規劃?各類用地監測，還是土地生態修復，準確獲取地塊的空間位置信息都是各項工作進一步開展的前提?而各種土地利用規劃方案的落地實施也都需要使用測繪技術將圖紙上的規劃成果測設到實地?因此，土地測繪是進行土地管理工作的重要技術手段?

1無人機航測概述

無人機出現于20世紀，最早被應用于軍事偵察活動，隨著科學技術的進步以及社會生產力的發展，無人機技術逐步走向平民化?大眾化，從而推動了測繪技術的新發展?在現代測繪技術中如何實現自動化?智能化?高效率?高精度的數據采集是現代測繪行業研究發展的必然趨勢?隨著無人機技術?通信技術?定位導航技術以及相關技術的發展，無人機測繪正在逐步代替傳統測繪儀器成為測繪行業新的寵兒?無人機航測作為一種新型的數字化測量手段，具有其他傳統測繪儀器不可比擬的優勢，它起降場地小，機動靈活，高效便捷，反應迅速，運輸方便，環境適應能力強，經濟合理成本低，成果影像高分辨率?高精度，成圖快速便捷等特點，自出現以來逐漸受到眾多從業者的廣泛青睞，在測繪行業中具有其他測繪技術無法代替的地位?目前無人機測繪技術被廣泛應用于地形測量?地籍調查?房地產測量?土方測量?三維建模等工作?

2數據獲取方法

（1）準備工作?為了保證無人機安全和測量作業的順利實施，無人機起飛之前必須對現場外部環境進行實地觀察以及對無人機狀況進行檢查，確保作業安全?

（2）航線規劃與數據獲取?該次飛行使用大疆自帶的航線規劃軟件，根據《低空數字航空攝影規范》的要求航向重疊度一般設定為60%～80%，最小不少于53%;旁向重疊度一般設定為15%～60%，最小不少于8%?為了保證數據的質量，飛行設置旁向重疊度和航向重疊度均為80%，避免了后期因重疊度問題而產生的成果質量問題，該次航測面積0.5km2，航高110m，共拍攝影像1656張，分辨率為3cm?

3無人機航測技術的發展與應用

我國無人機的發展始于20世紀60年代，80年代中期轉向民用領域研發?2008年汶川地震發生后，無人機在搶險救災工作中的出色表現促進了民用專業級無人機的發展?2010年法國Parrot公司生產的ParrotAR.DRONE投入市場，標志著消費級無人機市場的開啟?2013年深圳大疆創新科技公司發布“大疆精靈”多旋翼無人機產品，在國內掀起了無人機應用的浪潮?在土地測繪工作中，最初只是借助無人機作為飛行平臺，搭載數碼相機進行手動拍攝重疊影像，缺乏定位系統，航拍系統缺乏整合性，空間位置精度不夠?隨后，大疆推出了精靈4RTK無人機，新增了RTK導航定位系統?相機微秒級同步?APP航線規劃等功能，將厘米級導航定位系統和高性能成像系統結合，提升了航測效率與精度，降低了作業難度和成本，徹底解決了之前固定翼無人機航拍系統價格高?操作復雜?靈活性不足等問題，目前已經在大比例尺地形圖測繪?自然資源督察?不動產測繪?房地一體化測繪?地質災害監測等領域得到廣泛應用?

4小型旋翼無人機航測工作流程

在小型旋翼航測無人機中，大疆無人機因其操作方便?成本低廉，在小范圍土地測繪工作中被廣泛應用?以大疆精靈4RTK為例，整個工作流程可分為航測準備?航線規劃?相機參數設置?航拍作業和影像處理5個階段?

4.1航測準備

航測準備是到達測區之前應提前做好的前期準備工作?其中飛行器準備工作要求配備足夠數量的飛行電池?通常每塊大疆精靈4RTK的電池正常飛行18～24min，而充電時間約為50min?具體每塊電池的工作時間不僅與測區面積和形狀?飛行高度?重疊率等有關，還與電池使用壽命及當時氣溫有關?測繪人員可根據需要攜帶多塊電池和充電器，邊用邊充，以便航拍工作“無縫”連接，以提高作業效率?除此之外，還應考慮遙控器電池的使用時間，最好預備1塊備用電池以便輪流充電使用?另外，測區范圍應提前準備，建議采用相關地圖軟件制作的測區地標kml文件導入遙控器中使用，該方法比在遙控器界面中手繪測區范圍更精確?雖然大疆精靈4RTK可以在免像控點的情況下進行測圖，但控制點能有效提高飛行器航測成圖的精度?因此，合理布設像控點，準確測定其坐標是航測準備階段的1個重要環節?

4.2航線規劃

航線規劃首先要保證飛行器遙控器的網絡連通?通過遙控器上安裝有sim卡的4G網卡來實現聯網，并用網絡RTK賬號正確登陸服務器，并確保RTK獲得固定解?如果只對測區進行正射影像數據采集，則可只采用攝影測量2D的航線規劃方式，以節省航拍時間?航線規劃中最重要的是要保證安全的飛行高度，注意測區內的最高地物，飛行高度和返航高度要高于測區內最高地物的髙度?

4.3相機參數設置

相機參數設置主要是為了獲取清晰的航拍相片，通常按默認設定?拍攝模式建議采用定時拍攝;拍攝完成后選擇自動返航;云臺角度在拍攝正射影像時選擇-90°;為了提升建圖精度，建議關閉畸變修正功能?

4.4航拍作業

大疆精靈4RTK無人機的航拍作業基本是自動完成。當飛行器電量降低到警戒值時，會發出提示。飛行器根據剩余電量和到已記錄的起飛點距離進行智能判斷，并選擇合適時機返航，無需人工干涉。當飛行器降落后，更換電池后可按照未完成的航線繼續拍攝。

4.5影像處理

當飛行任務結束后，將飛行器上儲存卡中的航拍照片導入電腦中以備處理?流程中需要注意：相機參數信息保存在照片中，可以用記事本打開照片找到相關參數;POS信息是每張照片的空間位置信息，其格式要規范，要與照片名稱一致;在影像上標記控制點后進行初次空三解算，可以得到控制點的大致位置，以便通過更多包含控制點的照片上精確標記控制點，當所有控制點標記完成后進行再次空三解算，以使得所有像控點都被準確標記;重建項目進行影像拼接，在空間框架內選擇正確的坐標系，瓦片大小要適宜，需要調整瓦片大小，使得重建需要的內存小于電腦內存，充分考慮留給系統運行的內存空間;如果只需要獲取測區正射影像，可以在工程中直接選擇生成正射影像圖?

5結束語

無人機航測在外業核查中不僅能夠克服外部環境條件的限制，還可以提供測區清晰?正確?全面的圖文數據文件，在一定程度上避免了因土地面積問題產生的人員糾紛;在影像處理方面，由于單個測區面積小，影像數據少，因此數據處理快速便捷;在影像數據矢量化方面，無人機正射影像具有高分辨率?高精度的特點，可以清晰準確地獲取測區實際的地物類型和面積，保障核查成果的可靠性;整體來說利用小型無人機進行土地整治核查驗收工作可以快速方便地獲取測區高精度的正射影像，提高了工作效率，縮短作業周期，具有極大的推廣應用價值?

參考文獻：

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[2]王有良，趙立中.全站儀與平板儀相結合測繪地圖[J].山東農業大學學報（自然科學版），2001，32（2）：227-228.