無人機航空攝影測量在地形圖測繪中的應用

趙新峰

（煙臺市地理信息中心，山東 煙臺 264003）

在傳統的地形圖測繪工作中，因為地形條件的影響、技術的落后，導致在測繪中會耗費大量的人力、物力、財力等，且測繪效率低下，無法滿足實際需求，但是在無人機航空攝影測量技術的發展下，其因為成本低、成效顯著、操作簡單、適應性強，有效被應用到了地形圖測繪工作中，可以有效解決傳統測繪技術的弊端問題。在具體應用無人機航空攝影測量技術時，需要明確其技術原理和規范要求，根據具體情況科學選擇不同的無人機型號，確保其在作業中可以安全運行，此外，在具體測量前也需要人們科學設計航線，確保無人機可以安全飛行，順利完成測繪任務。

1 無人機航空攝影測量概述和特點

1.1 概述

無人機航空攝影測量是指在測量人員通過操作無人機設備進行高空拍攝，以此獲取地面信息資源的一種測量技術，當前該技術已經被廣泛應用到了不同的領域中，在具體應用該技術時，測量人員需要根據不同的地形科學選擇無人機。且在開始測量前，也需要做好相關準備工作，科學規劃飛行航線，確保方向明確，線路簡潔，確保無人機運行安全，還需要科學布設像控點，根據像控點的分布情況及時處理航拍過程中的影像圖。該技術的出現可以有效解決傳統無人機航空攝影測量技術下的弊端問題，可以拓寬應用范圍，為地形圖測繪工作的進行提供了新技術手段。無人機航空攝影測量的工作原理為；在傳統傾斜攝影測量方法的基礎上，在作業范圍區搭設無人機，在無人機上安裝攝像頭，通過垂直方向來拍攝地面物象，獲取地面影響圖，制作相關DOM 或DSM。此外，人們也可以采用旋翼無人機作為作業平臺，在搭載攝像頭后需要在不同的方位進行拍攝，后創建三維模型圖，以此提高地形圖測繪的精準度，有效滿足測繪需求。

1.2 特點

無人機航空攝影測量是一種新型地形圖測量方法，其不同于傳統測量方法，技術優勢顯著，具體表現在以下幾個方面：第一，運行成本低。該技術出現時間較晚，技術發展成熟，操作簡單，維修簡單，在運行的過程中主要通過計算機進行遙感控制，可以有效降低人力、財力成本；第二，操作靈活、機動性強。無人機體積小，重量輕，環境適應性強，可以應用于不同地形地勢的測量中，此外，無人機升空和降落受條件限制小，方便攜帶，可以有效提高工作效率和質量，滿足測控需求。第三，無人機拍攝準確度高，可以快速、準確、完整的獲取相關信息，且無人機飛行高度低，可以搭載高像素的攝像頭，獲取的影像圖清晰、比例大小適中，可以為后期數據信息分析提供便利。

2 無人機航空攝影測量在地形圖測繪中的具體應用

2.1 空中三角測量技術的應用

在具體應用該技術時，先需要在地形測繪目標范圍內選擇一個關鍵點作為像控點，對于該像控點需要不間斷的挑戰，確保其可以根據參數、規范要求等在特定范圍內統一坐標，在具體使用該技術時，可以對需要測量的物體進行立體拍攝。后根據具體的野外像控點，在一定范圍內對設置的關鍵點進行加密，最終得出加密點的高程和平面位置，該測量方法操作簡單，在具體的測量中可以結合高像素遙感圖影像數據進行一體化監測，形成較為的測繪圖系統。總之，該技術可以準確獲取無人機航空拍攝數據的特點，確保數據信息處理更加高效、準確，技術可以根據具體情況自動校正偏差。最終準確獲得無主點偏移、及畸變的航拍影像，自動建立測區高程文件，明確確定偏移量，并自動相對定向，轉向控制點。

2.2 DOM 工藝的應用

無人機航空攝影測量技術下可以采用DOM 工藝創建文檔對象模型，DOM 工藝是一種可以將HTML 和XML 文檔的編程接口進行連接的編程接口，在具體測量目標物時，操作人員需要采用DOM 工藝對無人機航空拍攝完成后的影像數據信息進行采集。后需要進行定向操作，具體的操作包括相對定向和絕對定向、內定向幾種，在定向結束后需要對處理過程進行檢查，及時發現問題，以此創建DOM 成果圖。將該工藝應用在地形圖測繪作業中，可以得出影像控制測量相片，將其和資料進行整合，將測量結果應用到空中三角測量中，以此明確地面三角點的關鍵信息，最終把握測量區域的具體情況，在此過程中，人們需要明確控制點的具體位置。

2.3 數字線繪圖中的應用

數字線劃圖在數字測圖中應用較為頻繁，是可以具體、形象的顯示地圖圖像，可以及時、有效地獲取地圖信息，并通過自身的擴大、漫游、查詢、檢查、測量等功能更加全面、完整的彰顯地圖信息。將該技術和無人機航空攝影測量進行融合，可以促使無人機進行全方位、多角度的拍攝和捕捉護面，在數據信息的整合下，有效滿足不同空間領域內的測試需求，最終從地理信息內容、分割角度、直觀投影、地理坐標等功能中踢出去和地形圖比例大小一致的信息圖。且在放大和縮小的過程中都對地形圖內容沒有較大的影響，進一步提升無人機航空攝影測量的功能。

2.4 相片自動控制和改造

相片自動控制和改造技術也可以應用在地形圖勘察中，在具體進行航拍前，需要先對地形進行規劃，通過規劃圖明確固定點位置，以此作為相片控制點，在航拍測量前，可以通過操作無人機獲取捕捉畫面，將畫面轉化成為影像圖，后結合全球定位系統，確保兩者充分融合，便于后期轉化利用。在具體使用該技術前，先需要科學選擇控制點，通過相片定點確保測量結果的準確性。

3 無人機航空攝影測量技術的優缺點

無人機航空攝影測量技術和傳統的地形圖測量技術有很大的不同，其優勢顯著，但是，也存在一定的不足，具體如下所示：第一，無人機航空攝影容易受到環境的影響，因為無人機體積小，質量輕，在大風或者大雨、大霧天氣下會影響無人機的飛行，對拍攝圖的質量也會產生影響。第二，因為無人機體積小，只能進行低空飛行，如果需要升高高度，其蓄電池電量無法滿足工作需求，有一定的高度限制，此外，因為搭載的攝像頭照射捕捉范圍小，無法擴大角度進行大范圍的拍攝。第三，無人機承重力小，對承重物件有一定的限制，且無人機本身搭載的攝像頭不是最新的測繪相機，無法保證拍攝結果的精準性和清晰度。

4 無人機航空攝影測量步驟

4.1 作業準備

在具體操作無人機進行航空攝影測量前需要做好以下相關準備工作：資料收集、設備準備、相機檢測等，具體如下所示：第一，對測量區域內的地形地勢情況進行分析，收集相關資料，比如，基礎地形圖、衛星影像資料、控制圖，了解測量地區地理位置，氣候環境，周圍障礙物等；第二，相機檢測，人們需要了解相機方位元素，變化參數；第三，做好現場飛行平臺中相關設備的效驗和審核，日常檢查，確保拍攝平臺設備狀態良好，技術參數符合規范要求；第四，通過現場勘察選擇科學的起飛和降落點。

4.2 具體的拍攝

（1）科學設計航線。選擇，UX5HP 的飛行器，對于航線設計可以采用Aerial Imaging 軟件進行設計，以此滿足測圖精度要求，提高飛行效率，對于飛行設計相機鏡頭也需要科學調攝或控制航向重疊度、旁向重疊度、地面分辨率、航高設等。

（2）科學布設相控點，做好測量工作。在具體進行航測前，先需要在地面特定位置處架設基準站，采用利用后處理動態差分技術提高定位解算精度。在具體布設控制點時，需要按照相關規范要求，在測區范圍內均勻布設地面控制點，比如，人們可以采取檔期衛星定位城市測量綜合服務系統來測量像控制點坐標，在具體測量后，可以將地面基準面數據信息轉換成為當地坐標系坐標，并根據具體情況科學布置測量控制點。

（3）其他檢查。在具體操作無人機前，需要對無人機設備，飛行路線、航飛情況進行檢查，對測量區域內的數據信息進行整理和檢查，具體如下所示：起飛前檢查，為了確保無人機安全、穩定地完成航怕任務，需要在通電后進行功能和性能的測試，并進行一系列安全檢查，包括狀態檢查，線纜連接檢查，確保GNSS 天線視野開闊、gBox 正常啟動，并對鎖定衛星進行檢查；相機檢查，SD 檢查、相機設置檢查、設置快門速度、清潔相機鏡頭和濾鏡、相機熱插拔線路連接、尼龍扣帶固定、相機觸發器檢查、快門反饋檢查等；跟蹤器檢查，確保跟蹤器打開、接收器接收信號檢查；升降翼檢查，外弦升降翼與內弦升降翼水平檢查、升降翼反應檢查；發射架檢查，發射架裝配、安全插銷插入發射架、彈力繩力度檢查；空速反應檢查，確保空速反應正常；飛機定位檢查，將飛機裝配到發射架上，定位螺旋槳位置，確保飛機位置正確。在完成以上所有的起飛前檢查后，需要拆除安全插銷，啟用無人機系統，等待系統正常啟動后，即可發射無人機。

（4）無人機航飛。在無人機起飛后，需要根據具體的航線采集影像數據信息，在此過程中，地面站需要對無人機的飛行狀態進行實時監測，技術人員和操作人員需要積極配合，共同對無人機的狀態進行調控，對風速、高度、速度進行觀測，如果發現異常變動需要即刻解決，確保無人機可以根據規劃路線安全的完成信息數據采集任務，并自動返航降落。

（5）數據分析和整理。在拍攝現場需要對地面接受站獲取的數據信息進行分析和整理，對拍攝照片的數量、飛行路線進行檢查，確保其符合飛行設計參數，檢查是否存在漏拍、檢查照片的清晰度，檢查現場航拍具體情況，通過全面、快速的檢查。并根據具體的數據虛擬性計算航向重疊度、旁向重疊度，最終生成檢查結果報表，當所有的檢查完成后，如果發現有質量問題則需重新補攝飛行，如果沒有顯著的質量問題，則本次拍攝將順利完成。

（6）DOM 制作。技術人員可以根據空三加密的成果，通過DEM 數據對影像進行數字微分糾正和影像重采樣，以此生成單片的數字正射影像DOM。一般情況下，如果無人機飛行高度較低，則會導致地面高層地物同名點視差較大。根據相機中心投影的成像原理，影像邊緣投影如果存在較大的誤差，會導致影像圖出現接縫和建筑物邊緣扭曲的現象，對此，需要對正射影像的鑲嵌線進行人工編輯，鑲嵌線的選取。在修正后重新起飛時，盡可能避免穿過大型建筑物，選擇紋理不豐富的位置，遠離影像的邊緣，盡量沿道路及地面實體的邊緣等。此外，技術人員也需要對不同拍攝角度、位置的照片存在的色差、亮度差進行勻光勻色處理，對鑲嵌線周邊羽化處理，確保照片鑲嵌自然，整體影像亮度、色差一致，以此滿足實際拍攝需求。

（7）數據準備，人們需要使用INPHO 空三平差工程文件及無人機原始影像數據，將需要的文件放到同一的文件夾的同級目錄下，比如，影像ID、外方位元素文件，加密點文件、像點文件等，并對文件進行檢查，確保文件前綴名稱一致。后按照立體模型實際情況，相關標準等對全要素進行采集，對于地面可觀測到的物質需要遵循“內業定位、外業定性”的原則進行數字化跟蹤，有效開展外業調繪修編等工作，最終編制成果圖。

5 結語

總之，無人機航空攝影測量技術在一系列研究和應用中得到了較快的發展，將其應用在地形圖測繪作業中，可以有效滿足測繪需求，解決傳統測量技術的不足問題，但是在具體應用時也需要根據具體的情況，相關規范要求和原則科學應用。因為我國地形地勢的復雜性，在具體測量中還存在較大的問題，需要不斷升級、優化無人機航空攝影測量技術，提高技術水平，以獲取更加清晰、準確的地形圖，促使測量工作不斷發展、測量結果更加精準。