無人機在測制大比例尺地形圖時的優勢

萬大進

（貴陽市測繪院，貴州 貴陽 550001）

大比例尺地形圖指比例尺在1:500~1:10萬之間的地形圖，廣泛用于城市規劃與管理、自然資源規劃與管理、工廠或礦山設計與施工、橋梁或道路設計與施工等各行各業。因此，大比例尺地形圖的測制在國家建設、經濟發展中有著舉足輕重的作用，常常是“項目未動，測圖先行”。同時，現今地形圖數據建庫已是大勢所趨，這也對地形圖數據的現勢性提出了更高的要求，對大比例尺地形圖的持續更新是一件必不可少且需要長期保持的任務。

大比例尺地形圖的更新工作同時也是國家的一項非常重要的基礎工作，是關系到民生的公益性事業。一般來說，此項工作都由國家專門的事業性測繪單位完成。但是，由于單位性質的特殊性，除了更新基礎測繪數據，測繪單位往往還有其他工作需完成，所以，如何高效率、高質量地對大比例尺地形圖進行更新是承擔更新任務的測繪單位應當破解的難題。在經濟飛速發展的今天，城市地形地貌的變化也日新月異，傳統的測繪方法可說是捉襟見肘，測繪單位亟需尋求一種能與時俱進的方法來突破現狀。而測繪無人機的出現無疑給我們帶來了新的希望。

一直以來，測繪對于國家與行業的發展都非常重要，傳統大比例尺地形圖的測繪方法，大多采用全站儀、GPS-RTK等儀器設備，由測繪工作人員到野外進行實地操作，而后與內業機助制圖系統相結合，是一套從野外數據采集到內業成圖處理的全過程的、高自動化和數字化的全野外數字測圖系統，具有高機動化、成圖精度高、全數字化、數據完整性高等優點，是地形圖測繪中不可或缺的一種方法。但是，在測繪條件不佳時，則需測繪工作人員跋山涉水、手提肩扛，甚至冒著生命危險來進行工作。大大地受到環境因素的制約，且效率較低、成本較高，大型測繪項目往往需投入較多的人力物力，同時工期耗時較長。這種方法受到地理環境、氣候條件的限制很大，測繪過程中作業效率無法得到保障。

近年來，隨著通信、飛控、傳感、導航等各類軟硬件技術的快速發展，無人機產業迎來了迅猛增長，測繪型無人機的出現，意味著測繪行業的革命也悄無聲息的一步步到來，我國的測繪單位正面臨著巨大的挑戰。相關數據顯示，截至2019年我國測繪無人機數量已超過2000架，行業從業人員接近40萬，無人機測繪市場成長為200億民用無人機市場的重要組成。靠著各方面的優勢加持，測繪無人機已引發熱潮。利用無人機進行大比例尺地形圖的繪制已然成為測繪地理信息行業的發展趨勢，它將帶給測繪單位新的思考，在市場競爭中也給測繪單位帶來新的優勢。無人機的出現，對傳統測繪方法無疑是一個巨大的沖擊。

與傳統測繪方法相比，無人機測繪具有以下優點：

1 效率高

大比例尺地形圖的測繪，傳統的全野外數字測圖需要測繪工作人員使用全站儀、GPS-RTK等設備徒步逐個采集地形碎部點，遇到復雜的地形，還需人工勾畫草圖，雖然現在的新型全站儀普遍搭載免棱鏡測量模式，大多情況下無須人工架設測桿即可采集大部分測量點，但在一些特殊環境下仍需人工立桿，測量過程中存在許多不便之處；GPS-RTK的測量條件限制則更多，對環境的要求非常高，在許多地形環境都無法接收足夠衛星信號，無法得到固定解坐標。傳統測繪方法中每一個點的外業采集均需人工用測量儀器一個一個去完成，經常需要至少兩人配合才能完成工作，規模稍小的測繪單位根本無法承接大型項目，規模大的單位也需要投入巨大的人力物力才能完成大型項目，常常得不償失，利潤極低。因此由于傳統測繪效率低、成圖慢、工期長的特點，常常無法給測繪單位帶來高額的利潤，也無法最大限度滿足甲方單位需求。

航空攝影技術雖然能大范圍進行測圖，然而由于只能得到測區的正射影像圖，且飛行高度較高，局限性非常大，基本無法滿足1:500比例尺地形圖以及更大比例尺的地形圖的精度要求，而測繪無人機的出現則打破了這種限制，現在的測繪無人機可同時搭載多臺傳感器，飛行中可同時從垂直方向和側面多角度采集測區影像，其靈活性和可操作性使測區基本沒有死角，獲得的全方位影像數據可通過專業數據處理軟件處理成數字三維模型，進而通過內業軟件可以處理得到大比例尺地形圖成果，而且成果的平面精度頗高。整個作業過程僅需人工布置少量外業像控點，操控無人機采集測區影像數據，內業處理影像數據，最后再外業巡視測區內較為復雜的片區，采集適量地形點來復核高程值即可，而且僅需數名作業人員即可完成大面積的測繪工作。無人機測繪大大縮短了作業工期，且解決了地形環境復雜、氣候條件困難造成的人工測繪難度高甚至無法測繪的問題，效率和可靠性更高，能最大程度地滿足甲方單位的需求。

2 測繪成本低

在測繪區域較大，環境較為復雜時，傳統測繪往往需要投入大量的人力和物力才能保障工程進度，進場前就需要進行很多前期準備，在測繪過程中，需要投入多個測量小組使用多臺儀器設備同時作業，還需配備多臺車輛來解決后勤問題，且工期往往較長，如在異地，住宿和餐飲的成本也不可低估。整個項目測繪下來，成本預算往往不能得到有效控制，利潤的提升空間非常有限。

而新興的無人機測繪方式將有效地解決上述問題，現階段某些無人機續航已可持續90min，如此長的飛行時間里一架無人機在一次航飛中就可采集巨量影像數據，覆蓋面積可達數個平方公里，在作業效率大大提高的同時，還將大幅降低生產成本。整個作業過程僅需寥寥數人、一架無人機、一臺GPS用來布置像控點，數臺電腦用來進行內業處理便可完成，成本遠遠低于傳統人工測繪，在競爭中更具價格優勢。因此，無人機的應用可以大幅降低測繪成本預算，大幅提高利潤。

3 安全性高

傳統測繪中，受限于測區自然地理條件，加上測繪過程中需要作業人員親自走到、看到，因此，即便在安全生產意識加強的今天，作業人員萬般小心的情況下，在野外采集數據時仍難免不時有安全事故發生。

無人機測繪生產過程中，雖也存在空中管制問題，但只要嚴格遵守當地相關管制規定，僅在準飛區域由具有駕駛資格的人員嚴格按照無人機操作說明書飛行，基本不會存在安全問題。因此，相較于傳統人工測繪，無人機測繪具有更高的安全性，作業人員的人身安全將得到更大的保障。

案例：某測區地處高原，城郊約25km2，有山地、農田、湖泊及部分居民區。

人工測繪預算：

20人人工測繪需約20d，換成5人工作量約為80d；每人日薪及差旅補助200元，共需約8萬元。

無人機航測預算：

外業2d，4人參與內業數據處理共需約10d出圖，每人日薪及差旅補助200元，共需約8000元。

由此可得結論：

（1）產生的成本費用：無人機航測費用僅僅是人工測繪費用的1/10左右，這還沒有計算儀器設備成本，否則更加不堪設想。

（2）項目工期：無人機航測工期僅僅是人工測繪的1/2，且參與人數更少，若二者參與人數一樣，無人機航測工期更將成倍縮短。

（3）項目投入人員：本項目中，人工測繪投入人員為無人機航測投入人員5倍之多，意味著人工測繪的單位將支付更多的薪水，且人多造成平時的管理更加費力。

（4）精度質量：由于測繪工作中成圖精度受人為因素影像非常大，認真負責的作業人員制圖往往質量更高，可以讓甲方更加滿意；粗心不負責的人繪制的部分常常導致項目整體質量下降，造成集體返工甚至后繼項目流失。無人機航測僅需少量務實能干的工作人員即可高效完成，在項目的質量控制中更具備優勢，常常可以達到甚至超過項目預期標準，從而能得到甲方認可并獲得更多后續項目，對測繪單位的發展更有助力。

（5）企業發展及效益：由于無人機航測費用低、工期短，可以使測繪單位迅速擴大5~20倍的業務量和效益，且無須投入大量人工，在大型項目上更具競爭優勢，可同時承接更多項目，更有機會發展為行業領先者。

（6）無人機航測可獲得整個區域的正射影像實景圖，從而使規劃工作更加具體，非專業人員也能輕易看懂，在項目匯報時更能清楚說明問題。人工測繪只能獲得專業數字線劃圖，用于專業人員使用，有時不能滿足甲方的要求。

4 結語

在經濟、科技發展日新月異的今天，測繪市場的競爭也愈加激烈，測繪單位若仍想依靠傳統技術在市場中立足，無疑是一條絕路。只有掌握了新技術、新設備才能在如此殘酷的市場競爭中擁有一席之地，而測繪無人機將成為測繪單位們最為強力的一把武器。

雖然無人機測繪擁有極多的優點，但國家在使用中仍需加強監管，而使用者也應當自覺遵守相關法律法規，做到規范使用。同時，由于在數據采集時更加便捷、快速、流通和開放，數據覆蓋面廣，無人機測繪數據面臨一定的安全問題，測繪單位在使用過程中必須不斷加大保密力度。隨著無人機設備和數據處理軟件的不斷升級、不斷優化，無人機測繪的作業方法也將不斷成熟、先進。無人機雖不可能百分百取代傳統測繪儀器，但我們可以通過二者結合互補的形式，充分發揮無人機的上述優點，開發出更多可能性，為測繪單位帶來更優質的作業方式以及更豐厚的利潤，為測繪從業者帶來更高的回報，也為測繪行業帶來新的變革。