無人機(jī)低空攝影測量在地形圖測繪中的應(yīng)用

朱中偉

（河南省基力勘測有限公司，河南 鄭州450000）

無人機(jī)低空攝影測量是現(xiàn)代地形圖測繪的關(guān)鍵載體與重要保障，在提升地形圖測繪精度、促進(jìn)測繪事業(yè)發(fā)展等方面扮演著不可替代的關(guān)鍵角色。無人機(jī)低空攝影測量以專業(yè)化無人機(jī)等設(shè)備儀器為基本依托，對(duì)目標(biāo)地形區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的分析研究與界定，是掌握地形信息數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)手段。

1 無人機(jī)低空攝影測量簡述

長期以來，國家相關(guān)部門高度重視無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，在測量技術(shù)規(guī)范化、測量過程標(biāo)準(zhǔn)化、測量效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)化等方面制定并實(shí)施了一系列重大方針政策，為高質(zhì)高效地開展地形圖測繪工作提供了基本遵循與發(fā)展導(dǎo)向，在無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)實(shí)施領(lǐng)域取得了令人矚目的現(xiàn)實(shí)成就。同時(shí)，廣大地形圖測繪單位及專業(yè)機(jī)構(gòu)同樣在創(chuàng)新無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用流程、優(yōu)化無人機(jī)低空攝影測量模式等方面進(jìn)行了卓有成效的研究與探索，效果顯著，使得地形圖測繪的相關(guān)憑據(jù)更具整體性、宏觀性與可靠性[1]。

2 低空攝影測量成圖的關(guān)鍵技術(shù)及精度控制

2.1 低空攝影測量成圖的關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 攝影外業(yè)控制測量

攝影外業(yè)控制測量是無人機(jī)低空攝影測量成圖的關(guān)鍵技術(shù)方法，需要綜合協(xié)調(diào)基礎(chǔ)控制測量和像控點(diǎn)聯(lián)測之間的關(guān)系，在數(shù)據(jù)交互方面保持同步邏輯關(guān)系，確保最終測量成圖的精度。隨著當(dāng)前測量技術(shù)方法的創(chuàng)新與進(jìn)步，攝影外業(yè)控制測量的應(yīng)用愈發(fā)成熟，實(shí)現(xiàn)了像片控制點(diǎn)的進(jìn)一步細(xì)分，使平面控制點(diǎn)、高程控制點(diǎn)和平面高程控制點(diǎn)等有機(jī)結(jié)合起來，可在更加復(fù)雜的地形環(huán)境條件下開展繪圖測圖工作，適用性與針對(duì)性更強(qiáng)。同時(shí)，在空中三角測量方法的支持下，可滿足地形圖測繪統(tǒng)一布設(shè)、統(tǒng)一測量等方面的實(shí)際測繪需求[2]。

2.1.2 攝影內(nèi)業(yè)處理技術(shù)

與攝影外業(yè)控制測量相類似，攝影內(nèi)業(yè)處理技術(shù)同樣至關(guān)重要，與最終地形圖測繪效果密切相關(guān)。在攝影內(nèi)業(yè)處理中，主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)空三加密和3D產(chǎn)品生產(chǎn)等方面的構(gòu)成要素，上述不同的構(gòu)成要素在地形圖測繪過程中所承擔(dān)的職能有所差異，所形成的測繪數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系存在明顯不同，需根據(jù)目標(biāo)測繪區(qū)域的實(shí)際狀況進(jìn)行科學(xué)處理。在地形圖測繪數(shù)據(jù)處理方面，應(yīng)首先根據(jù)無人機(jī)低空攝影測量所獲取到的數(shù)據(jù)信息，在測區(qū)參數(shù)的作用下，對(duì)其進(jìn)行細(xì)化分解，通過系統(tǒng)軟件技術(shù)得到核心數(shù)據(jù)層，并對(duì)畸變差進(jìn)行科學(xué)校驗(yàn)與控制，最終得到地形圖測繪產(chǎn)品。

2.2 無人機(jī)低空航攝成圖精度分析

2.2.1 影像質(zhì)量檢查及控制點(diǎn)分布

無人機(jī)低空攝影測量在實(shí)際運(yùn)行過程中同樣會(huì)受到諸多外界要素的干擾與影響，這些影響要素將會(huì)對(duì)地形圖測繪的精度產(chǎn)生深刻影響，因此，必須采取科學(xué)、合理的技術(shù)方法予以控制。通過采取影像質(zhì)量檢查及控制點(diǎn)分布方法，可對(duì)地形圖測繪中的影像色調(diào)、飽和度、重疊度、航帶彎曲度、云和霧等進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，并在相關(guān)技術(shù)規(guī)范約束范圍內(nèi)，提升影像質(zhì)量，使其全面達(dá)到內(nèi)業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在控制點(diǎn)分布下，無人機(jī)應(yīng)設(shè)定既定的航線飛行方向，控制航向重疊度及旁向重疊度[3]。

2.2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理成圖精度分析

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的過程也是對(duì)無人機(jī)低空攝影測量數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化處理的過程，往往需要科學(xué)處理理論精度分析與實(shí)際精度分析之間的關(guān)系，將實(shí)際測量獲取到的攝影測量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工處理，并與理論精度數(shù)據(jù)做出縱向比對(duì)，若其偏離幅值較大，則應(yīng)做出相應(yīng)技術(shù)處理，對(duì)像點(diǎn)精度進(jìn)行優(yōu)化，縮小定向點(diǎn)和檢查點(diǎn)的誤差。為提升無人機(jī)低空攝影測量精度控制效果，必須對(duì)地形圖測繪區(qū)域中的數(shù)據(jù)信息作出去偽處理，防止數(shù)據(jù)冗余對(duì)成圖精度造成的不良影響。此外，根據(jù)特定比例尺大小，利用二次多項(xiàng)式曲線數(shù)學(xué)模型對(duì)各高程點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，以強(qiáng)化地形圖測繪高程精度。

3 無人機(jī)低空攝影測量在地形圖測繪中的應(yīng)用流程

3.1 飛行前準(zhǔn)備

在無人機(jī)低空攝影測量實(shí)踐中，需要首先做好全面詳細(xì)的飛行前的準(zhǔn)備工作，為地形圖測繪各項(xiàng)工作的開展與實(shí)施提供方向性保障。在此過程中，應(yīng)對(duì)目標(biāo)測繪區(qū)域的客觀情況進(jìn)行實(shí)地踏勘，對(duì)目標(biāo)區(qū)域范圍內(nèi)的大致地形地貌、植被覆蓋等情況有所初步了解，設(shè)定必要的飛行空域環(huán)境。要對(duì)無人機(jī)飛行設(shè)備的各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行充分校核，確保各項(xiàng)性能參數(shù)符合飛行要求，對(duì)續(xù)航時(shí)間、極限航高、攝影設(shè)備參數(shù)、存儲(chǔ)器容量等做仔細(xì)檢查。

3.2 制訂攝影測量方案

攝影測量方案的制訂與無人機(jī)低空攝影測量效果的好壞密切相關(guān)，因此，必須在相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范要求下制訂攝影測量方案，細(xì)化攝影測量各項(xiàng)細(xì)節(jié)問題，使無人機(jī)低空攝影測量工作始終朝著更高效率、更高質(zhì)量、更高水平的方向發(fā)展。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)地形圖測繪的實(shí)際需求，標(biāo)明相應(yīng)的無人機(jī)型號(hào)，設(shè)定符合測繪圖實(shí)際的航攝比例尺大小等。在無人機(jī)低空攝影測量方案形成后，應(yīng)作出充分論證，確保其可行性與可操作性，防止各類潛在影響因素的干擾。同時(shí)，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員編寫相應(yīng)的技術(shù)設(shè)計(jì)書，對(duì)航線敷設(shè)、航攝分區(qū)等作出界定。

3.3 航攝實(shí)施

航攝實(shí)施環(huán)節(jié)是無人機(jī)低空攝影測量的核心環(huán)節(jié)，在地形圖測繪中始終處于基礎(chǔ)性地位。在此環(huán)節(jié)中，應(yīng)首先對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行充分研判，對(duì)無人機(jī)操控人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)與指導(dǎo)，使其全面掌握無人機(jī)低空攝影測量的具體操作規(guī)范與技術(shù)要求，精準(zhǔn)控制無人機(jī)飛行中的各項(xiàng)注意事項(xiàng)，嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行操作，確保無人機(jī)飛行過程平穩(wěn)有序。通常情況下，為確保無人機(jī)低空攝影測量效果，應(yīng)對(duì)旋偏角、傾角和重疊度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整優(yōu)化。由于無人機(jī)低空攝影測量易受風(fēng)力的影響，因此在有風(fēng)的天氣環(huán)境條件下，尤其要加裝補(bǔ)償器，改進(jìn)無人機(jī)硬件，并在考慮測區(qū)地形地貌、地面分辨率和成果精度等要素的基礎(chǔ)上，通過軟件設(shè)計(jì)對(duì)控制點(diǎn)布設(shè)進(jìn)行改善優(yōu)化，對(duì)測繪圖像作出精細(xì)化糾正。

3.4 無人機(jī)低空攝影測量的數(shù)據(jù)處理

在當(dāng)前技術(shù)條件下，無人機(jī)低空攝影測量所形成的每張影像均由單一化的光束組成，因此可將每張影像作為一個(gè)獨(dú)立的單元，利用光束法平差進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理，以達(dá)到剔除不可靠測量數(shù)據(jù)的目的。應(yīng)將三維空間點(diǎn)統(tǒng)籌分布在同一空間坐標(biāo)體系中，利用共線方程對(duì)其交匯狀態(tài)進(jìn)行描述，通過構(gòu)建統(tǒng)一的區(qū)域誤差方程，得出影像成果。在此過程中，可對(duì)光束做出平移、旋轉(zhuǎn)等特定操作，使每個(gè)目標(biāo)測量區(qū)域中的未知點(diǎn)位匹配對(duì)應(yīng)起來，進(jìn)而對(duì)影像利用加密點(diǎn)云、紋理映射等方式獲取地面相關(guān)影像特征。

4 無人機(jī)低空攝影技術(shù)的發(fā)展前景

4.1 有序化測繪調(diào)控技術(shù)

隨著現(xiàn)代地形圖測繪要求的不斷提高，無人機(jī)低空攝影測量將會(huì)充分融入有序化測繪調(diào)控技術(shù)，以充分提高影像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使影像畫面更加精準(zhǔn)有效。有序化測繪調(diào)控技術(shù)需要在相關(guān)成熟測繪理論的指導(dǎo)下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，按照特定導(dǎo)航系統(tǒng)的約束條件，對(duì)無人機(jī)低空飛行區(qū)域進(jìn)行細(xì)化分解，在主客觀條件允許的情況下設(shè)定攝影時(shí)間，并對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

4.2 智能變形監(jiān)測

在信息化技術(shù)的支持下，無人機(jī)低空攝影測量可與其他多類型、多用途的測量技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，有效實(shí)施智能變形監(jiān)測。當(dāng)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)偏離值超出特定范圍后，則數(shù)據(jù)處理中心將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)與處理，為技術(shù)人員進(jìn)行科學(xué)應(yīng)對(duì)提供參考。

4.3 在地形圖測繪信息提取中的作用

無人機(jī)低空攝影測量具有廣闊的發(fā)展空間。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的攝影測量與遙感技術(shù)，與其他類型的傳感器直接相關(guān)，如高分辨率遙感衛(wèi)星攝影測量物體密集點(diǎn)云、密集點(diǎn)云的動(dòng)作攝影掃描儀、城市建筑測繪POS系統(tǒng)、山形等，最終實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。利用照相測量和遙感技術(shù)，直接確定地面點(diǎn)云提取的特征對(duì)象結(jié)構(gòu)，基于三維點(diǎn)云的特征點(diǎn)，再進(jìn)行顏色繪圖，提取特征點(diǎn)。

5 結(jié)語

綜上所述，受測量模式、測繪方法、航測效果評(píng)價(jià)等方面要素的影響，當(dāng)前無人機(jī)低空攝影測量在地形圖測繪實(shí)踐應(yīng)用中依舊存在諸多不容忽視的薄弱環(huán)節(jié)與不足之處，阻礙著地形圖測繪工作效果的優(yōu)化提升。因此，有關(guān)人員應(yīng)該從現(xiàn)代地形圖測繪工作的客觀實(shí)際需求出發(fā)，遵循無人機(jī)低空攝影測量的基本原理與規(guī)律、創(chuàng)新測量方式方法，為提升地形圖測繪工作成效奠定基礎(chǔ)。