無人機低空攝影測量技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測量中的應(yīng)用

袁維波 何志強

摘要：城市建設(shè)水平不斷提升，城鎮(zhèn)地籍測量技術(shù)也在不斷地更新。在城市化建設(shè)過程中，城鎮(zhèn)地籍測量極具現(xiàn)實意義，是國家土地資源管理與城市建設(shè)規(guī)劃決策的重要數(shù)據(jù)支撐。因此，必須確保城鎮(zhèn)地籍測量數(shù)據(jù)、測量結(jié)果的高度準(zhǔn)確，這就對測量技術(shù)提出了較高要求。無人機低空攝影技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測量中的應(yīng)用得到了越來越廣泛的應(yīng)用。基于此，本文對無人機低空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用及注意事項進(jìn)行了深入地分析、探討，希望能夠為相關(guān)人員提供有益參考。

關(guān)鍵詞：無人機；低空攝影測量技術(shù)；城鎮(zhèn)地籍測量

近年來城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷加快，在一定程度上提高了對城鎮(zhèn)地基測量工作的要求。以往人工測量的方式極易受到多方因素的影響，精準(zhǔn)度低且成本較高，難以與現(xiàn)代化發(fā)展的要求相符。無人機低空攝影測量技術(shù)憑借其靈活性強、精準(zhǔn)程度高、安全性能佳等優(yōu)勢在城鎮(zhèn)地籍測量中獲得了有效的應(yīng)用，發(fā)揮了重要效用。

1.無人機低空攝影測量技術(shù)相關(guān)概述

無人機低空遙感技術(shù)是無人機低空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用核心，主要是將高清數(shù)碼攝像機安裝在無人機上，借助無人機運行的靈活性、機動性，實現(xiàn)對任意角度、較遠(yuǎn)距離的拍攝，完成測繪信息收集。無人機低空攝影測量技術(shù)在實際運用過程中，需要面對霧雨天氣、云層、樹木、建筑等環(huán)境因素的干擾，這就需要確保無人機及其配置攝像機具備較為卓越的性能，同時要求操作人員具備較為嫻熟的技術(shù)。隨著現(xiàn)代科技不斷發(fā)展，無人機低空攝影測量技術(shù)已經(jīng)克服了大部分環(huán)境因素影響，結(jié)合對GPS系統(tǒng)與遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的整合融合，在城鎮(zhèn)地籍測量中得到了較為廣泛應(yīng)用。

2.無人機低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

（1）較高測繪速率

一般來說，在地籍測繪工作中出現(xiàn)突然狀況需要在較短時間內(nèi)完成測繪工作，在第一時間內(nèi)有效控制事態(tài)，這就要求測繪工作具有較高速率。與傳統(tǒng)人工測繪相比，無人機低空攝影測量技術(shù)無論是在速度、拍攝角度，還是在信息傳遞速度方面，都有著較大應(yīng)用優(yōu)勢，可以使測繪人員在第一時間內(nèi)掌握事態(tài)信息。例如，運用無人機低空攝影測量技術(shù)可以在較短時間內(nèi)完成2000km2的范圍拍攝測量，在此過程中對于突發(fā)狀況可以較為快速反應(yīng)并提供較好的技術(shù)支持。

（2）較大測繪范圍

無人機具備高低空飛行能力，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對地面的多角度、遠(yuǎn)距離、大范圍拍攝，克服了人工測繪在角度、地形等方面的限制，尤其是其靈活性、適應(yīng)性、低空作業(yè)的特性使得測繪數(shù)據(jù)更具層次性，為數(shù)據(jù)分析提供更為詳實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。無人機低空攝影測量技術(shù)同時兼顧了大范圍、高精度、實時性的地籍測繪要求，尤其是能夠借助3D仿真模擬技術(shù)與立體圖形分析技術(shù)，實現(xiàn)了對較高的測繪分辨率與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳遞。

（3）明顯的測量周期優(yōu)勢

在確保日常維護(hù)與正常休息的前提下，無人機可以實現(xiàn)長時間使用，較之人工作業(yè)具備明顯的周期性優(yōu)勢，由此帶來較為高效的工作效率。除了無人機本身正常運行與正確的人工操作之外，還有一系列措施、系統(tǒng)作為支撐，確保測繪工作綜合性得到有效提升，為無人機測繪技術(shù)應(yīng)用的較強周期性提供保障。

（4）更為便捷的攝影操作

無人機空中導(dǎo)航系統(tǒng)相較于普通地面測量技術(shù)具有操作更為便捷、對操作人員要求不高，大多數(shù)工作人員都能夠勝任。而且相較于以往的人工地籍測量方式，其成本更低，能夠大幅降低調(diào)查與開發(fā)土地所需成本費用。同時無人機操作系統(tǒng)維護(hù)起來較為簡單，操作系統(tǒng)不復(fù)雜，有效減少了測量人員的工作壓力。

（5）測繪數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)

使用無人機低空攝影能夠大大提升土地測量數(shù)據(jù)參數(shù)的精準(zhǔn)程度。即便此項技術(shù)原來便可精確測量所得參數(shù)到亞米級，不過在對土地精度實施測量過程中，能夠有效滿足1∶1000標(biāo)度的測量精度。在大部分城鎮(zhèn)地籍測量工作中都要求提升測量精準(zhǔn)程度，而研究與應(yīng)用無人值守機攝影測量技術(shù)就能夠有效彌補了國內(nèi)以往地籍調(diào)查準(zhǔn)確度不高的問題，大幅提升了城鎮(zhèn)調(diào)查的質(zhì)量。

（6）有效提高了地籍測繪工作的安全系數(shù)

在運用無人機低空攝影技術(shù)進(jìn)行城鎮(zhèn)地籍測繪調(diào)查過程中能夠有效保障了測量人員的安全，無須采取人工的方式進(jìn)行測量。而且此項技術(shù)具有較強的靈活性，自然因素并不會干擾測量的準(zhǔn)確程度。

3.無人機低空攝影測量技術(shù)應(yīng)用于城鎮(zhèn)地籍測量的可行性

當(dāng)前在城鎮(zhèn)地籍測量中無人機低空攝影測量技術(shù)獲得了普遍使用，為了切實提升城鎮(zhèn)調(diào)查的效率，則需要將無人機的優(yōu)勢有效發(fā)揮出來。第一，無人機低空攝影測量能夠使用高分辨率與多角度圖像來完成。具有垂直、傾斜照片水平的高精度數(shù)字成像設(shè)備，還能夠利用低空飛行，從不同角度攝影得到多平面圖像，不受高層建筑阻礙。這是遙感技術(shù)與衛(wèi)星技術(shù)所無法達(dá)到的。第二，無人機靈活性較強，同時操作便捷、成本低、起飛時間短，所以其使用頻率極高。相較于有人飛機來說，無人飛機能夠根據(jù)事先制訂的線路飛行，具有較強穩(wěn)定性。通常而言，無人機最大可運送燃料重量為5kg，所以能夠在空中不間斷飛行1600km，停留時長超過16h。加上無人機能夠馬上將新的數(shù)據(jù)上傳，所以能夠切實防止飛機著陸后數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的情況出現(xiàn)。第三，數(shù)據(jù)處理成本較低。通常載人航天飛機價格在無人機的5倍左右，并且無人機操作人員能夠較為簡單的獲取飛行許可證，工作效率較高。此外無人機主要采取的是高強度輕量碳纖維復(fù)合材料作為機身材料，維修較為便捷。圖像處理裝置兼容性較強，硬件成本較低，這均在城鎮(zhèn)地籍測量中奠定了基礎(chǔ)。

4.無人機低空攝影技術(shù)測量數(shù)據(jù)處理流程分析

借助無人機完成低空測量之后，需對測量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的收集、處理。在現(xiàn)代無人機技術(shù)不斷發(fā)展推動下，相關(guān)的數(shù)據(jù)影像處理技術(shù)也在不斷提升，當(dāng)前已經(jīng)具備了較為全面的與無人機配套使用的影像匹配技術(shù)、影像處理技術(shù)、自動控制技術(shù)。測量所得的數(shù)據(jù)資料提取水平也越來越高，對于地理環(huán)境的測量準(zhǔn)確性也在不斷提升。目前，我國較為流行的DPGrid和PixelGrid系統(tǒng)，其操作流程主要為：在利用無人機完成數(shù)據(jù)采集之后，從數(shù)據(jù)平臺中導(dǎo)出相應(yīng)的航拍數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的重新整理之后采用智能匹配的方式檢查數(shù)據(jù)的異常，再將準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的計算分析，得到影像具體位置。然后協(xié)助密集匹配技術(shù)獲得三維DSM點云，對DSM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、刪除之后，得到規(guī)格格網(wǎng)的DEM信息，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)提取生成得到完整的地理圖像。

5.無人機低空攝影技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測量中的應(yīng)用

無人機低空攝影技術(shù)在各個領(lǐng)域中普遍應(yīng)用，如測量領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、建筑、旅游等，無人機技術(shù)的應(yīng)用大大減輕了相關(guān)測量工作的壓力，也為各個行業(yè)的發(fā)展提供了推動力。在城鎮(zhèn)地籍測量過程中，無人機低空攝影技術(shù)的應(yīng)用主要分為以下五個部分。

（1）城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)信息采集

數(shù)據(jù)采集中無人機低空攝影技術(shù)的應(yīng)用減少人力成本，危險性低，較之普通的航空攝影與人工測繪有著較大優(yōu)勢。城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)測量通常涉及對危險區(qū)域、特殊區(qū)域的測量，人力測量方式需要大量人力成本，效率較低，甚至具有較大危險性。而航天攝影技術(shù)在精準(zhǔn)度上難以保障，設(shè)備也經(jīng)常受到云層、建筑影響而導(dǎo)致測量效果不理想。采用無人機低空攝影技術(shù)能夠有效提高城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)測量工作質(zhì)量與效率。無人機體積較小，而且操作較為靈活，能夠飛行到一些人工測量困難的特殊區(qū)域采集數(shù)據(jù)，不會受到高空云層、建筑物的影響，加上無人機飛行速度較快，攝像角度能夠結(jié)合地形情況進(jìn)行自動調(diào)整，提高測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時提高數(shù)據(jù)采集速度。

（2）測量和布設(shè)像控點

進(jìn)行航拍過程中，一個重要的步驟就是對攝像控點進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，首先要將其設(shè)置在地形平坦、視野開闊的、交通便利的地區(qū)，而且附近沒有強電磁輻射源，同時要確保實際設(shè)置的點位不低于五度重疊。在布設(shè)試驗區(qū)像控點時應(yīng)當(dāng)運用區(qū)域網(wǎng)法，順著航線設(shè)計方向，控制像控點的間距為200m。實際設(shè)置的點位應(yīng)當(dāng)要在單層平頂房頂中間部位或是開闊平坦的地面上。此外需要在樓頂或地面使用黃色或藍(lán)色油漆繪制十字交叉圖案，同時在交叉部位繪制圓形來代表像控點的點位。采取CORE網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測量點位的空間位置，同時需要數(shù)次測量各個像素點，把結(jié)果在3cm以內(nèi)的數(shù)值取平均值。

（3）相關(guān)圖像初步處理

傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)在完成數(shù)據(jù)采集之后需要人工進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理，會對測量精度造成較大影響。傳統(tǒng)測量方式的數(shù)據(jù)采集極易受到環(huán)境、自然條件等的影響，后期數(shù)據(jù)處理也會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真問題，影響測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。無人機低空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用很好地解決這一問題。無人機內(nèi)部自載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對失真數(shù)據(jù)初步處理，尤其是近年來智能技術(shù)的不斷應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對照相關(guān)資料對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，對修改事項進(jìn)行標(biāo)注。無人機低空攝像測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對拍攝圖片初步加工處理，提高圖片質(zhì)量，減輕后期操作強度，進(jìn)而提高城鎮(zhèn)地籍測量工作效率。

（4）信息初步修正

攝像測量技術(shù)測量的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較低，普通航空攝影系統(tǒng)失誤現(xiàn)象較為常見，難以有效提升城鎮(zhèn)地籍測量工作效率。無人機低空攝影技術(shù)能夠有效解決這一問題，尤其是無人機技術(shù)已經(jīng)初步實現(xiàn)了智能化，實現(xiàn)對攝像內(nèi)容的詳細(xì)修改，加上與GIS/GPS系統(tǒng)的有效結(jié)合，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對測量區(qū)域地形地貌的圖像對比，找到差異之處，進(jìn)而實現(xiàn)對圖像信息的初步修正，提高圖像準(zhǔn)確性與測量工作效率。

（5）數(shù)據(jù)加密處理

無人機上裝配的是高清晰攝像裝置并不是專用測量相機，極易受到光反射、折射現(xiàn)象影響，導(dǎo)致圖像內(nèi)容發(fā)生光纖畸變，造成攝像圖片與實際情況不符。因此應(yīng)通過技術(shù)更新實現(xiàn)對光線對攝影成像影響的嚴(yán)格控制。自動空三加密技術(shù)的應(yīng)用能夠較好解決這一問題。采用空中三角測量技術(shù)，對區(qū)域內(nèi)定位與姿態(tài)測量進(jìn)行準(zhǔn)確確定，以獲取相應(yīng)的空間點坐標(biāo)。空三加密技術(shù)在無人機測量中的應(yīng)用能夠有效提升城鎮(zhèn)地籍測量準(zhǔn)確性。現(xiàn)階段，Pix4D+EPS+CASS系統(tǒng)普遍應(yīng)用于我國城鎮(zhèn)地籍測量工作中，進(jìn)而產(chǎn)生三種數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)加密技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總與地形、地貌圖有效整合。

6.無人機低空攝像技術(shù)測量應(yīng)用注意事項

在實際應(yīng)用過程中，無人機低空攝像技術(shù)也存在許多缺陷，應(yīng)對以下幾個方面予以高度重視：一是做好測量范圍規(guī)劃，做好飛行測量準(zhǔn)備，如風(fēng)速測量、航高確定，確保航線空間安全。二是要特別注意像控布設(shè)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況合理布設(shè)，400m正方形網(wǎng)格布設(shè)多以像控點布控方式為主，也可在此方式的基礎(chǔ)上在測量區(qū)域外合理地添加像控點。三是由于無人機低空攝像技術(shù)使用的并非專業(yè)測量攝像裝置，因此在避免出現(xiàn)光學(xué)畸變方面應(yīng)在空三加密前對圖像進(jìn)行變差調(diào)整；四是對DLG精度進(jìn)行提升。在實際測量環(huán)節(jié)需要做好外業(yè)點的收集工作，同時讓此外業(yè)點具備一定特點。將此外業(yè)點引入測圖工作站內(nèi)部，結(jié)合立體模型對地物與點位間的聯(lián)系進(jìn)行觀測，進(jìn)而讓測繪工作者找出準(zhǔn)確位置，隨后開展測量工作，需要對光標(biāo)切準(zhǔn)誤差進(jìn)行嚴(yán)格把控，控制誤差不超過8cm；五是強化部門組織與管理意識。由于在城鎮(zhèn)地籍測量中無人機低空攝影技術(shù)有突出優(yōu)勢，所以有關(guān)部門與工作人員需要予以充分關(guān)注，不但要有效組織開展城鎮(zhèn)地籍測繪工作，根據(jù)實際測繪環(huán)節(jié)遇到的問題進(jìn)行針對性的處理，而且還需要完善優(yōu)化有關(guān)管理制度，和測繪部門積極配合與協(xié)調(diào)，從而推動測繪技術(shù)更好更快的發(fā)展。需要科學(xué)培訓(xùn)與考核相關(guān)測繪工作者，不斷提高操作無人機的能力，確保實際測量所得數(shù)據(jù)的規(guī)范與有效。

7.結(jié)論

近年來，我國航天航空技術(shù)得到了較大發(fā)展，無人機技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，無人機低空攝影攝像技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測量領(lǐng)域得到較為深入地應(yīng)用，對于提高測量操作便捷性與準(zhǔn)確率都有著較好的應(yīng)用效果，大大突破了普通攝影技術(shù)清晰度不足的缺陷，在提高測量工作質(zhì)量與效率的同時提高了對地貌測量的準(zhǔn)確性，在城鎮(zhèn)地籍測量中應(yīng)用價值很大。

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