無人機航測在大比例尺地形圖測繪中的應用探究

王云超

（中牟縣天宇規劃測繪隊，河南 鄭州 451450）

1 航空攝影測繪的發展概述

具體而言，航空攝影測量技術是從空中視點拍攝完成測量測繪工作的技術。與傳統的測量測繪技術相比，航空攝影能夠以廣闊的視野完成測量和測繪，其應用效果很快得到業界的認識，并在測繪領域得到越來越廣泛的應用[1]。在航空攝影測量中，航空相機是測繪的重要裝置，是圖像獲取的關鍵。由于其性能和質量直接影響后續測量和測繪操作的完成，因此必須仔細選擇空中攝像機。在社會發展的過程中，特定種類的空中攝像機越來越多樣化，因此所能提供的遙感圖像的形式也非常多樣。但是，就航空照相機而言，從非物理屬性方面來看，主要有兩種：一種是膠卷式照相機，另一種是數碼照相機。前者需要得到底片，通過它來拍照，然后打印出來；后者可以直接提供電子文件。隨著信息技術的持續發展，數碼相機得到了廣泛的使用，拍攝的數碼照片也有助于提高處理后的效率。與傳統飛機相比，無人機在便利性和靈活性上有明顯的優勢，因此可以說無人機與測繪的結合是必然發展。使用無人機航測不僅大大提高了測量和測繪的便利性，還大大降低了成本，提高了效率[2]。首先需要設定無人機的飛行路徑，然后完成拍攝系統和地面信號接收系統之間的連接，并設定飛行系統的正確參數，以此來完成航測。

2 無人機航測技術概述

2.1 原理

隨著測量測繪領域無人機技術的發展，我國測量測繪技術的水平得到了廣泛提高。無人機的航測技術是利用無人機作為飛行平臺，將高分辨率攝影設備和激光雷達組成圖像采集同步傳輸的遠程操作設備，實時掌握調查區域的情況。圖像信息獲取系統是由地面監測和飛行控制系統組成。在無人機的航測中，地面監視系統負責獲取的圖像信息的整合和預處理、質量檢查、三維模型的構建、核圖像的生成。飛行控制系統負責控制按照預定路線飛行的無人機，在特殊情況下，工作人員要遠程控制無人機以避開障礙物并改變路線。因此，無人機航空測量技術可以在大規模的地形測繪任務中廣泛使用。在自動數據處理系統和數據處理軟件的幫助下，可以分析測繪數據，提高測繪數據的質量。

2.2 優勢

無人機由于操作方便和體型較小，可以適應野外地形拍攝。與傳統的航空攝影測量技術相比，無人機航空攝影測量技術具有快速的航空測量響應能力，無人機多處于低空飛行狀態，因此飛行應用于空域更為方便[3]。在無人機飛行過程中，風向變化會影響無人機的飛行路徑，但在飛行控制系統的幫助下，可以在短時間內修改無人機的飛行路徑，降低外部環境對測量精度的影響。另外，作為小型飛機，無人機對著陸地點的要求較低，為了安全地完成無人機的著陸，將著陸點設在比較平坦的道路上，發射準備時間控制在15分鐘以內。但是，如果調查區的地質條件太復雜，無人機將無法獨立起飛。在復雜地形的應用中，無人駕駛飛行器的操作可以用于地形測繪，以提高測繪精度，滿足大規模地形圖的測繪要求。無人機航測系統配備了彩色數碼航空相機。在系統運行中，可以持續獲取超高分辨率數字圖像和高精度定位數據，根據數據信息生成3D 景觀模型和3D 照片圖。最終測量的形象質量和準確度明顯超過了大飛機的航測結果。同時，無人機航測技術可以有效滿足各種類型工程調查任務的精度要求。例如，將無人機航測系統切換至低高度遙感模式，在低高度超低高度環境下完成測量，并持續收集高度精度數據以滿足緊急情況下的救援等，以滿足資源調查和其他測量任務的運行要求。無人機航測具有高度的自動化，在飛行中自動完成數據采集、傳輸、分析，不僅大大提高了航測數據獲取的效率，而且使用此數據執行大規模地形映射將產生非常高的質量。應用傳統的航空攝影測量技術經常會遇到數據及時性差的問題。存檔數據和程序拍攝獲取的圖像數據及時性差，會使測量任務無法在有限時間內完成，導致測量結果與調查區的實際情況相矛盾。通過應用無人機航測技術，可以同步發送獲取的圖像信息，進行數據處理操作，從而可以實時提供必要的結果。從檢測效率來看，無人機航測系統每天可以完成數百平方公里的測量，實際測量效率遠遠超過手動測繪。

2.3 無人機航測發展現狀

隨著近年來測量測繪技術的逐步提高，航空攝影測量技術得到了發展。從天空角度進行俯視拍攝，不僅視野開闊，地圖形態多樣化，航空測量和測繪的適用性和有效性也會得到很大提高。航空攝影測量由飛機和其他飛行設備支持，航空攝影設備是固定的，按照確立的飛行路線完成一系列的航空攝影任務。在這個過程中，在航測儀器的支撐下，可以持續收集地面遙感影像，綜合控制點數據進行統計，使用專業儀器處理數據，建立三維模型，獲取地圖產品。在不同階段，航拍的焦點也不同，獲取數據信息的價值也以不同。航測現場作業是航空攝影測量的主要方面，如圖像信息提取和三維結構構建等。與其他測繪軟件相比，無人機航測在后續處理中更可靠，可以將相關數據進行記錄和保存。由于無人機的機身較小，所以應用無人機航測技術受限制小，不會花太多時間。無人機航測需要在無人機飛行的幫助下，測量特定范圍內的圖像，在圖像和視頻的獲取的幫助下，獲取特定的比例和數據信息。在功率驅動器的幫助下，由專人遠程控制。無人機不僅可以在航拍中發揮自身的優勢，還可以在災害救援和運輸中發揮自身的優勢，在測距方面具有低成本和特定的優勢。今天，無人機航測技術有一定的優點，但需要克服一定的缺點，例如氣象條件、光線和其他因素都會影響數據測量。因為無人機航測的質量與這些因素密切相關，所以調查者需要做出合理的選擇，設置測量的海拔和天氣路徑。

3 無人機航測在大比例尺地形圖測繪中的有效應用

3.1 無人機航測控制點的合理布設

在制定無人機航測的飛行路線和規劃采集圖像的信息點的過程中，以航測的原理為輔助，應用區域網絡法，可以合理配置圖像控制點，通常第一條路線和最后一條路線之間的配電必須達到標準。為了確保控制點布設方案的科學合理性，需要結合測量測繪領域的地形條件對控制點布設進行綜合分析。在無人機航測圖像獲取點布局的過程中，必須明確現有航線的分布規則，嚴格按照該規則，確保獲取點布局的合理性。為了避免對集合效果產生不必要的影響，其周圍的收集點布局需要全面分析特性，以確保圖像控制點的目標清晰度。如果在特殊位置難以選擇圖像控制點的目標，則通常需要合理選擇作為小目標的高程點。局部檢測過程采用零碎擬合方法，合理選擇圖像控制點目標，保證所采集圖像的透明度，便于確定對象的相交位置和頂點位置，從而更好地執行大規模地形圖。將無人機航空測量技術應用于大規模地形圖測繪時，需要合理配置無人機控制點。布局點要全面考慮測量區域的實際地形條件，選擇控制點，科學建立控制點的數量。無人駕駛飛機可以完成高效的圖像獲取，例如在特定路線上和在復雜的地形要素方面將相應平面的相位控制點組合在一起，確定特定的范圍，定義測量區域內的丘陵和地形要素，并基于一定數量的丘陵和地形驗證相位控制點。在復雜的地形要素方面，可以通過局部擬合進行局部控制。

3.2 空中三角測量

傳統的測量和測繪方法是三角測量，但它操作過程很復雜，耗費人力和物質資源。因為測量三角形時，測量工作需要切換到連接點的選擇、測量等，所以傳統的操作方法不僅需要很多輔助操作，還需要很多工作時間，工作負荷的增加并不明顯。但是，由于有了最新的航測技術的支持，不再采用手工作業，自動信息收集處理得到了改變，空中三角測量的效果也得到了提高。在自動信息處理的過程中，利用計算機的支持完成所有操作，使整個映射操作流程標準化，效率明顯提高。計算機支持允許應用特殊的處理算法自動篩選超出限制的點，以提高標記點的利用率，滿足大規模地形圖的實際需要。根據大規模地形映射的特定要求，將手動確定點以確保點的適當密度。受點顯示狀態支持，可以可視化不同目標對象的三維結構，從而更好地測量和繪制地圖。這種方法的應用大大提高了操作的自動化水平，能夠滿足復雜地形的要求，因此操作速度也相對較快。借助GPS 技術的支持，可以準確掌握航測中的無人機姿態，利用外部定向要素的支持準確測量點的3D 坐標，通過利用快速發展的POS技術，確保了大規模地形映射的有序發展。輔助處理方法高度標準化，得到輔助處理法的支持，就可以保證航測測繪的精度。測量自動三角測量時，可以有效簡化操作過程，通過計算機操作可以完成很多內容。目前，空中三角測量越來越智能化，可以在選擇相同的名稱和連接點的同時排除一些嚴重錯誤。也就是說，通過計算機控制系統可以自動去除儀表盤外的點，根據現場實際需求進行選擇，有效實現立體圖像的對接，進一步提高加密點的質量，最終完全起到空間加密的作用。這不僅提高了復雜地形的適應性，還提高了加密的精度。

3.3 影像數據的采集與整理

一方面，數據檢索必須為無人機充分準備，無人機內置的數據存儲和加載必須確保數據存儲的安全性和可靠性。另一方面，需要明確接收數據信號，完成實時數據監控。特定數據完成后，可以通過相應的軟件設置調查區域和路線，明確橫向距離的長度、方向、面積的分割。圖像獲取在測量和測繪中也是非常重要的鏈接，要順利進行這項工作，需要在起飛前做好準備。起飛前，為了確保各無人機安裝指南管理系統的工作精度，要確認各無人機的SD 卡設備的安裝工作，確保相關數據具有保存和管理的功能，還需要嚴格控制重疊的圖像，使用軟件確定無人駕駛飛機的測繪范圍和對應的路徑。測量區域為矩形時，測量的面積根據長度可以分割為不同的區域、路線和高度來設定不同的區域。為了有效地進行無線廣播信號的實時接收，需要檢查無人飛機接收信號的無線接收控制功能，確保無人飛機能接收到無線信號。

3.4 地面端的控制系統和裝置

在無人機的航測系統中，地面端的控制系統和裝置是重要的組成部分。在建立地面控制系統的過程中，需要確保數據傳輸無線電、地面控制終端以及輔助計算機系統方面所反映的軟硬件基本設備的充分性。由地面控制系統支持的大規模地形測繪可以提供無人機飛行的指示，發送位置數據，確保數據信息發送的及時性。地面控制軟件的支持使各種信息的實時顯示成為可能，可以發揮監視功能，獲取無人機的飛行數據和地理坐標，提供更好的無人機飛行指示，根據實際測量、所需的映射和流程來調整特定的飛行路徑。地面控制裝置和系統的應用，提高了操作系統的完整性和無人機自動駕駛的安全性。由先進技術支撐、模仿的飛行路徑可以為無人飛行器自動飛行的穩定性和安全提供保證。在無人機的特定飛行中，工作人員可以使用地面控制系統計算相關的飛行數據和位置信息，這些數據和位置信息可以起到實時調整的作用。

3.5 成果方面的驗收監理過程

航測數據的處理在很大程度上決定了大規模地形圖的繪制質量，需要從獲取的航測效果中選擇最佳圖像，將控制點圖像分組，從而為各組留出至少6 周的圖像，通過計算來處理相關信息。上述步驟完成后，可以根據處理的數據繪制大規模地形圖，通過3D 模型對圖像數據和地形信息進行比較分析，繪制出大規模地形圖。在成果方面的驗收監理過程中，地形圖調查和測繪的負責人提供相關信息和數據，驗收人員要嚴格核查數據，然后概括技術方面、技術設計師的檢測報告是否與技術設計師的檢測報告一致。在制造過程的最終質量檢查時，做好相關記錄，按照監督過程分析質量，提出相關的解決方案。

4 結語

在大規模地形圖測量測繪應用中，結合實際情況，設定路徑和圖像控制點，合理應用地面控制裝置和系統，能綜合提高地形測繪的質量和效率，確保測繪的精度，為地質學操作的順利實現提供可靠的支持。在現代工程項目中，為了綜合提高工程勘察的精度和效率，突破現有技術的應用極限，企業要更加注意和應用無人機航空勘察技術，深入了解技術原則和優點，確保技術的合理性。