無人機低空攝影測量在城市測繪中的應用

申睿卿

（甘肅省自然資源行業職業技能鑒定指導中心，甘肅蘭州 730000）

1 應用現狀

與手工測繪相比，無論是測繪成本，還是測繪精度、人員安全，都優于人工測繪。從2019年測量技術論壇發布的數據可以看出，世界各地約40個國家對無人機測繪技術進行了廣泛研究，開發了超過100種測繪技術。該技術將當地地理信息與GPS定位系統相結合，使測繪形成更廣泛和多樣化的形式。

無人駕駛飛機是低空飛行，它的高度不低于50 m，不超過1 000 m。采用近程航空攝影測量技術，攝影精度達到亞米級，精度范圍為0.1～0.5 m，滿足1∶1 000成圖的要求，完全可以滿足城市建設的精細成圖要求。

無人駕駛飛機低空攝影系統成本低、消耗少，特別是系統維護和系統維護方法更方便，無須搭起飛機，操作人員的培訓周期縮短。該技術是測量和攝影結合的航空攝影技術，根據測繪工作的需要，初步實現了航空攝影的飛行作業。無人駕駛飛行器遙感系統以其經濟、高效、易操作等優點越來越受到工程界的重視，對于獲取合格的霧霾天氣遙感數據也具有重要意義。

無人駕駛飛機低空攝影測量技術主要以獲得高分辨率數字圖像為目標，以無人駕駛飛機為飛行平臺，以高分辨率數碼相機為感測系統，結合3S技術，獲得強流、大尺度、彩色、小面積的航空遙感數據。無人駕駛飛機低空攝影測量能夠快速獲取和處理基礎地理數據，為地域性測繪影像、正射影像和地物模型的制作提供直觀、可靠、方便的數據支持。

無人駕駛飛機低空攝影測量不受天氣條件和空中管制等因素的影響，實現了惡劣天氣條件下的圖像數據采集，機動性強、靈活性強。無人駕駛飛機的裝備即使在發生故障時也不會造成人員傷亡，安全性較高。

UAV能夠在云層中進行超低空飛行，彌補了傳統航空攝影和衛星光學遙感技術的不足。

2 無人機低空攝影測量在城市測繪中的應用價值

2.1 高分辨率測繪圖像

通常在一些高空攝像技術和電子感應技術的測量過程中，會受到云層厚度的影響，對測量數據結果的準確性產生較大影響，導致測量數據不準確。以往的攝像技術也會由于建筑物的高度過高，采集的數據也會有一定偏差。因此，與以前的一些攝影技術相比，這種新技術完全可以避免以前的缺點。無人機的飛行高度可以自由控制，不受建筑物或云層的影響。

以某測繪結果為例，精度對比如表1所示。

表1 數據精度統計 單位：cm

2.2 安全、可靠、靈活

無人機由工作人員控制，活動范圍在工作人員范圍內，不會超出遙控范圍，目前無人機的穩定性較高。電池耗盡時，可實現自主著陸功能，保證測量數據不丟失。在雷電、雨雪天氣的情況下，不會受到惡劣天氣條件的影響，測量數據結果和往常準確性一致。如果無人機在飛行過程中超出規定范圍或電池突然斷電，無人機可以自動保存測量數據，實現自主著陸功能，或在低功率的情況下，無人機能夠自動開始回程，返回起飛位置。由于無人機的體積非常小，可以根據操作者的控制在高層建筑之間飛行，熟練地避開各種障礙物。無人機的優勢不僅可以體現在城市建設過程中，還可以提高無人機在一些偏遠山區或偏遠地區的利用率。

2.3 便捷的繪圖操作

與以往的手工測繪和機械測繪相比，無人機測繪技術更便捷。無人機不僅可以在高空飛行，還可以在建筑物之間低空飛行，對操作人員的技術水平也沒有特殊要求。

目前，無人機的制造成本相對較低，無人機將在今后的工作中得到廣泛應用。隨著無人機技術的不斷發展，無人機系統改造和核心升級的成本將越來越低。無人機技術比以往的手工測繪成本更低，且大幅度減輕測量人員的工作壓力，進一步保障了工作人員的生命安全，促進城市建設的發展，提高城市測繪的精度，提高測繪工作效率。

3 無人機低空攝影測量在城市測繪中的應用

3.1 圖像數據處理流程

無人機圖像處理的數據流主要為了使測量數據更準確，需要將其應用到數字高程模型中進行目標規劃。無人機在飛行過程中測得的數據需要進行初步綜合，將數據傳輸給控制器，下載后，控制器采用數字高程模型進行處理。

針對處理攝影聯合辦公的問題，往往采用平差法進行處理，需要應用數據處理站進行計算。各種數據準確后，采用濾波方法濾除冗余數據點。

在圖像數據處理中，應用無人低空攝影測量技術是重要環節之一。無人居住區域下攝影測量圖像數據處理的關鍵是圖像重疊不均勻、照片數量多、傾斜角度大、方向不一致，使圖像匹配自動連接點的選取比較困難。近年來，隨著圖像匹配技術的日趨成熟，大量的圖像數據處理技術的應用效果得到了較好體現，無人區低空圖像測量中圖像數據處理技術的種類逐漸豐富，為城市測繪帶來了極大便利。在UAV低空攝影測量圖像數據處理過程中，主要任務是對圖像數據進行靜態處理并生成DEM/DOM。

通過低空遙感平臺的數據采集，從數據采集平臺下載影響數據和GPS/POS數據，對數據進行智能組織和處理，再利用GPS/POS輔助區域網平差得到精確的圖像數據。利用稠密匹配技術，對DSM點云進行分類濾波和剔除，結合DEM和圖像參數進行圖像正射校正，生成DLG圖像。通過對圖像數據的處理，可以得到精確的成圖數據。

數據處理流程如圖1所示。

圖1 數據處理流程

3.2 區域測繪中的應用

進行城市數據測量時，無人機可自動建立三維立體模型，精確地采集本地各種數據信息，保證了信息的準確性和真實性。例如，在測量一座山的高度時，無人駕駛飛機可以充分利用各種技術解決所有困難。

UAV測量技術的不斷改進使測量精度也不斷提高。目前的無人駕駛飛機能夠測量數千米以上的距離，能夠測量更遠的距離，所測數據的分辨率也不斷提高。無人駕駛汽車進行測量時，通過在上面安裝攝像機，可以獲取本地的實時數據，并將數據傳輸給遙感系統，建立新的信息模型，使社會的效率進一步提高。

3.3 應急監測應用

無人機低空攝影測量技術的不斷發展，使國家各部門紛紛投入該技術的應用，類似的無人駕駛飛機也可以應用于土木工程或防洪工程。在另一座建筑物中，無人駕駛飛機可以實地考察當地所有的數據點，將收集的各種數據信息傳遞給開發人員，開發人員根據獲得的數據，可以進一步規劃，也可以節省開發人員更多的時間。與防洪類似，無人駕駛汽車和其他技術也能實時監控水位。測出的數據也會在第一時間傳給水文局人員，可以根據測出的數據進行有效防洪。

4 分析無人機低空攝影技術應用發展前景

4.1 空中三角測繪技術

在這些技術中，空中三角測量技術是較先進的低空攝影技術，是轉換方法的重要組成部分。航測三角技術結合數碼攝影技術分析、制圖、內業作業和數碼產品分析，實現了測量數據的二次加密，通過對照片的分析，使數碼測量和攝影測量的整體優化。利用UAV幾何反演技術，將所有的數據向外處理，優化UAV整體內部結構，提高了UAV攝影測量技術的實用性。

4.2 有序化測繪調控技術

通過對圖像數據進行控制，實現了UAV地形測量的高精度控制。當前無人機不僅是攝影技術與遙控飛行技術有效結合的產物，而且還具有一套特殊的導航系統，可以在一定程度上分割測量數據。

如果條件允許，可以設定拍攝時間，航行特性使得攝影定位更準確。為了實現高精度的測量，需要確定控制點的位置。為方便后續測量和定位，最好在彎道附近設置控制點，并在其周圍添加更清晰的參照物。

5 結語

無人機測控技術的不斷發展，為城市測繪員提供了較大幫助。與以往傳統測繪相比，現階段的無人機測繪更方便、成本更低、效果更好、精度更高。無人駕駛飛機技術的應用，使城市測繪工作的效率得到進一步提高，促進了城市測繪的發展。