無人機(jī)攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應(yīng)用

楊虹

山西紫峰科技有限公司，山西太原，030027

0 引言

在當(dāng)前我國的地形測量中，大多使用數(shù)字化測量技術(shù)。無人機(jī)設(shè)備在數(shù)字化測量中憑借其簡單便捷的操作手段，以及精準(zhǔn)的測量結(jié)果，獲得了大量數(shù)字化地形測量人員的一致關(guān)注與廣泛認(rèn)可。近幾年，無人機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于數(shù)字化地形測量工作之中，無人機(jī)攝影測量技術(shù)的使用大大提高了地形測量的工作效率，并在此基礎(chǔ)上，帶來了更準(zhǔn)確的地籍測量結(jié)果與測量精度。這使得無人機(jī)在數(shù)字化地形測量應(yīng)用中嶄露頭角，并成為未來數(shù)字化地形測量的重要發(fā)展趨勢之一。

1 無人機(jī)及其攝影測量技術(shù)簡介

1.1 無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷史

從歷史學(xué)的角度來說，無人機(jī)技術(shù)的實(shí)踐化應(yīng)用，已經(jīng)成為飛機(jī)行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一項(xiàng)里程碑工程。從其概念上來說，無人機(jī)的最大價值在于它可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛。當(dāng)前，我國常見的無人機(jī)駕駛方式主要包括兩種：第1種為無線電遠(yuǎn)程直接駕駛技術(shù)，這種技術(shù)通過遠(yuǎn)程操控來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)駕駛技術(shù)；第2種稱之為車載計(jì)算機(jī)控制駕駛，該方式以計(jì)算機(jī)作為操作源，實(shí)施對無人機(jī)的自主與自由駕駛[1]。

從具體的使用功能上來說，無論是哪一種駕駛方式，都不需要由人工實(shí)現(xiàn)相關(guān)飛機(jī)的操作與駕駛。這兩種技術(shù)的應(yīng)用，使得無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)范圍方面獲得了更廣泛的發(fā)展空間。與此同時，按照功能和特性進(jìn)行劃分，無人機(jī)能夠被劃分為兩大類，分別為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)兩種。其中，軍用無人機(jī)主要用于軍事方面的偵察與通信技術(shù)。而民用無人機(jī)主要用于氣象、勘探、農(nóng)用和監(jiān)測等日常化應(yīng)用方面。近年來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得無人機(jī)技術(shù)在不同領(lǐng)域都得到了更加良好的發(fā)展機(jī)遇，以地形測量領(lǐng)域?yàn)槔瑹o人機(jī)的應(yīng)用為數(shù)字化地形測量帶來了良好的應(yīng)用效果，也給我國的地形測量提供了更加準(zhǔn)確的數(shù)字化地質(zhì)地形測量信息[2-4]。

1.2 無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)的組成

無人機(jī)攝影測量技術(shù)之所以能夠廣泛應(yīng)用于地質(zhì)地形測量之中，主要原因在于該攝影測量技術(shù)具有完善的應(yīng)用系統(tǒng)平臺。在實(shí)際的無人機(jī)攝影測量過程中，其系統(tǒng)組成主要包括兩部分，分別為數(shù)字化測量應(yīng)用系統(tǒng)平臺中的軟件和硬件兩部分。無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)能夠融合與發(fā)揮良好的地形測量與管理控制功能，并根據(jù)無人機(jī)攝影測量結(jié)果，準(zhǔn)確推導(dǎo)出測量的數(shù)字化地形數(shù)據(jù)。在無人機(jī)攝影測量技術(shù)的實(shí)踐化應(yīng)用過程中，無人機(jī)需要按照指定的飛行路線進(jìn)行相關(guān)的攝影測量技術(shù)應(yīng)用。因此，在對航測細(xì)致化檢查中，需要確保傳輸?shù)臄?shù)字化信息數(shù)據(jù)的有效性和合理性，并在此基礎(chǔ)上盡量提高數(shù)字化信息數(shù)據(jù)的傳遞速度，進(jìn)而捕捉真實(shí)的地形數(shù)據(jù)，獲取更加準(zhǔn)確的地形地貌數(shù)字化電子地圖，提高數(shù)字化測量應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用效率[5]。

1.3 無人機(jī)攝影測量原理

無人機(jī)攝影技術(shù)是通過在無人機(jī)飛行平臺上搭載多臺數(shù)碼相機(jī)。同時從垂直和傾斜多個不同的角度獲取高分辨率航拍影像，一般常用的是五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)，結(jié)合無人飛行平臺搭教的GPS/IMU系統(tǒng)獲取的POS數(shù)據(jù)和像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過相關(guān)軟件處理獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字正攝影像和三維模型的攝影測量技術(shù)。傾斜攝影測量技術(shù)有下面幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：影像數(shù)據(jù)的畸變校正和勻光勻色和POS數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、傾斜影像的密集匹配、數(shù)字表面模型的生成、真正攝影像校正和三維模型的生成等。

2 無人機(jī)測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量應(yīng)用中的特點(diǎn)和作用

2.1 應(yīng)用特點(diǎn)

2.1.1 無人機(jī)攝影測量技術(shù)的可靠性

采用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行攝影測量的時候，無人機(jī)的飛行高度需要控制在50m到1km之間，這個距離范圍內(nèi)的攝影測量方法被稱之為近景航空測量法。在進(jìn)行這樣距離范圍的地形測量時，可以把相關(guān)的測量精度控制為10cm到50cm之間。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化地形測量要求，地形測量的精度在小于1m的情況下，能夠極好地滿足數(shù)字化地形測量技術(shù)所需要的標(biāo)準(zhǔn)化精度要求。在無人機(jī)展開航拍技術(shù)的同時，可以通過遠(yuǎn)程的可視化操作方式，進(jìn)行基于實(shí)時的精確拍攝，并且可以控制拍攝點(diǎn)對應(yīng)的位置范圍以及無人機(jī)的飛行方向等相關(guān)參數(shù)內(nèi)容。從數(shù)字化地形測量方向和角度出發(fā)，采用無人機(jī)進(jìn)行拍攝任務(wù)，能夠通過數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用平臺展示出無人機(jī)全范圍內(nèi)的飛行路徑。由此，當(dāng)出現(xiàn)拍攝遺漏點(diǎn)的情況下，能夠迅速尋找出遺漏點(diǎn)，并進(jìn)行無人機(jī)攝影補(bǔ)拍工作，這使得無人機(jī)攝影測量技術(shù)相較于其他技術(shù)而言，具有更高的測量精度與準(zhǔn)度[6]。

2.1.2 無人機(jī)攝影測量技術(shù)的安全性

相較于傳統(tǒng)的GPS衛(wèi)星遙控技術(shù)而言，無人機(jī)攝影測量技術(shù)不容易受到云層或地形的影響。因此，該技術(shù)出現(xiàn)測量誤差的情況也會大幅度減少。與此同時，一些地質(zhì)環(huán)境超級惡劣的地區(qū)，在實(shí)施地形測量技術(shù)的時候，容易受到外在自然環(huán)境影響，給地址勘測人員帶來一定的身體健康影響，甚至?xí)＜跋嚓P(guān)人員的生命安全。無人機(jī)攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，不受飛行高度以及地形地勢的影響。無人機(jī)管理控制人員只需要在電腦前實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，就可以保證地形測量工作的安全有序展開，并獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)字化地形測量結(jié)果值。

2.2 無人機(jī)攝影測量技術(shù)的靈活性

用于實(shí)施數(shù)字化地形測量的無人機(jī)，一般設(shè)計(jì)得都比較小巧，且動力十足。這使得地形測量無人機(jī)在實(shí)踐化的應(yīng)用方面，具有一定的靈活性。它不會受到所測量地區(qū)的氣候和地質(zhì)因素影響，可以被安置在任何理想化的地理測量區(qū)域，展開實(shí)時攝影測量技術(shù)。一般來說，該類型的無人機(jī)在升空15分鐘之內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)起飛與航行，并且每天都能夠完成160~200km2范圍內(nèi)的數(shù)字化地形測量。

2.3 主要應(yīng)用作用

在數(shù)字化地形測量工作中，無人機(jī)攝影測量設(shè)備系統(tǒng)能夠很好地發(fā)揮數(shù)字化測量效用，并能夠更加快捷、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)地形測量的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。無人機(jī)攝影測量技術(shù)依托可視化操作平臺，以攝影和照片抓拍的形式，捕捉和分析各種各樣地形的物理地質(zhì)特點(diǎn)，并將所獲得的數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)信息輸入到可視化工作平臺之中，展開集中化的測量數(shù)據(jù)信息流處理并形成電子地形圖，將輸入計(jì)算機(jī)的地理地形信息，以更加直觀的可視化地圖方式形象地展示出來。與此同時，在偏遠(yuǎn)復(fù)雜的地形區(qū)域，利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)指定區(qū)間的數(shù)據(jù)搜索與檢測，能夠有效解決傳統(tǒng)地形地貌測量技術(shù)中潛在的“盲區(qū)”問題，在降低工作難度的前提下，能夠更好地提高相關(guān)地理區(qū)域數(shù)字化地形測量的準(zhǔn)確度[7]。

3 無人機(jī)攝影測量技術(shù)的應(yīng)用方法探析

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與人類生活的日新月異，給航空攝影測量技術(shù)帶來了越來越多的發(fā)展機(jī)遇。從某種意義上來說，無人機(jī)設(shè)備的數(shù)字化地形測量應(yīng)用，是我國科學(xué)技術(shù)方面發(fā)展的又一項(xiàng)偉大突破與技術(shù)進(jìn)步。當(dāng)前，我國常見的無人機(jī)攝影技術(shù)應(yīng)用方法，主要包括以下幾個方面。

3.1 基于無人機(jī)攝影測量技術(shù)的測量方法

無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用于地形測量之中，能夠更合理地發(fā)揮測量技術(shù)的優(yōu)勢，解決特殊地理環(huán)境下的地址信息數(shù)據(jù)成像問題。無人機(jī)技術(shù)以GPS定位為基礎(chǔ)，將自身所拍攝圖片與其對應(yīng)的地理位置信息進(jìn)行有機(jī)的融合，進(jìn)而生成完整的數(shù)字化圖像信息。把這些數(shù)字化圖像信息與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，并經(jīng)過地形測量信息系統(tǒng)的深入分析與軟件加工，生成具有可視化效果的數(shù)據(jù)影像，既保證地形數(shù)據(jù)信息測量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，也獲得了更加直觀的地形測量可視化電子地圖。

3.2 基于無人機(jī)攝影測量技術(shù)的像片測量方法

像片測量點(diǎn)與控制點(diǎn)作為無人機(jī)攝影測量技術(shù)的一項(xiàng)重要影響元素，其測量技術(shù)的實(shí)踐化應(yīng)用，成為了無人機(jī)測量技術(shù)的重點(diǎn)工作內(nèi)容。在數(shù)字化地形測量過程中，通過像片測量技術(shù)來運(yùn)用像片控制點(diǎn)，能夠保證所有的地形測量實(shí)際操作在COS所控的區(qū)域范圍內(nèi)。并通過對無人機(jī)飛行技術(shù)的研究，做好無人機(jī)控制點(diǎn)的維護(hù)工作，保證數(shù)字化地形測量的有效進(jìn)行。

3.3 基于無人機(jī)攝影測量技術(shù)的空中三角測量方法

在進(jìn)行數(shù)字化的地形測量與實(shí)踐化應(yīng)用過程中，空中三角測量技術(shù)具有極高的地形測量應(yīng)用價值，并能夠以立體式的數(shù)字化測量技術(shù)，利用較少的控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)空中攝影質(zhì)量的提高與攝影效率的改進(jìn)。三角測量技術(shù)能夠大幅度降低無人機(jī)測量技術(shù)的影像處理難度，通過科學(xué)的技術(shù)手段，以計(jì)算機(jī)應(yīng)用代碼的方式，提高了無人機(jī)攝影測量技術(shù)的自動化效果，并保證系統(tǒng)能夠高效完成指定工作任務(wù)，滿足數(shù)字化地形測量技術(shù)要求的同時，保障了系統(tǒng)的科學(xué)、有效運(yùn)作。

3.4 基于無人機(jī)攝影測量技術(shù)的地形地圖繪制方法

在無人機(jī)攝影測量過程中，繪制地形地圖是其完成數(shù)字化地形測量任務(wù)的主要工作環(huán)節(jié)之一。在進(jìn)行電子地形地圖繪制時，為了保障無人機(jī)獲取數(shù)據(jù)的精密度，地形測量相關(guān)人員需要深入研究地形測量相關(guān)參數(shù)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用方案。并在適合的機(jī)遇下，利用無人機(jī)航拍的方法，優(yōu)化地形地圖攝影的清晰度，并以比例尺的方式設(shè)計(jì)電子地形地圖。當(dāng)遇到特殊地質(zhì)條件時，如在測量河流、湖泊與水電站等地形區(qū)域的數(shù)字化地理信息時，可以通過航空攝影測量法，進(jìn)行地形測量技術(shù)的簡化應(yīng)用。該技術(shù)能夠直接利用航拍的測量數(shù)據(jù)展開運(yùn)算測量，進(jìn)而獲得有效的數(shù)字化地形測量結(jié)果。

與此同時，為了能夠更好地提升電子地圖繪制技術(shù)水平，地形測量相關(guān)人員還需要從無人機(jī)測量技術(shù)的具體工作原理出發(fā)，系統(tǒng)運(yùn)用地形繪制技術(shù)，優(yōu)化對地形測量信息數(shù)據(jù)的整合與應(yīng)用效果，在最大限度上以數(shù)字化的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)測量技術(shù)的高效應(yīng)用。并結(jié)合無人機(jī)所拍攝的地形測量圖片，制定出合理的數(shù)字化地形測量結(jié)果。

4 結(jié)語

綜上所述，依托無人機(jī)攝影測量技術(shù)，能夠較好地提高數(shù)字化地形測繪測量工作的效率，使其發(fā)揮更加有效的數(shù)字測繪作用。無人機(jī)相關(guān)的測繪技術(shù)的廣泛應(yīng)用將更好地推動我國城市化國土資源建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展。另外，無人機(jī)的應(yīng)用范疇伴隨地形測量技術(shù)的發(fā)展獲得了不斷擴(kuò)大的機(jī)遇，在給我國地形測量相關(guān)工作帶來越來越多方便的同時，也為自身的無人機(jī)測量技術(shù)發(fā)展提供了更多的理論數(shù)據(jù)支持與實(shí)踐發(fā)展空間。