無人機技術在城市測繪中的應用分析

唐勇

摘要：隨著社會經濟的快速發展，無人機測繪技術成為現代化城市發展中必不可少的一項技術，其在城市測量服務中起到至關重要的作用。無人機技術以靈活性強、操作簡便等獨特優勢被廣泛應用于測繪領域，為我國的測繪工作帶來極大便捷。下面將從無人機相關概述入手，分析無人機在測繪工程中的應用技術要點，探究無人機技術在城市測繪中的應用。

關鍵詞：無人機技術；城市測繪；測繪工程

一、前言

隨著科學技術的不斷進步，無人機技術更加成熟。其主要通過使用無線電設備對無人機進行操作，促使無人機代替人工完成一系列航拍、測試工作，在減輕人工成本的同時，提高測繪工作的質量和效率。測繪工程主要是對地形圖完成測量和繪制工作，對測量領域的表面地物、地形水平以及具體位置等進行測定，并且按照一定的比例縮小，使用標記符號完成地圖繪制。在測繪工程中，使用傳統的測量技術難以滿足現代化發展對地圖精度的要求，使用無人機技術能夠促使測繪精度更高、操作更方便、測量面積更廣，具有較強的實用性，并且在技術研究更加深入的背景下，無人機技術未來在城市測繪中勢必會有更廣闊的發展前景。

二、無人機相關概述

（一）無人機原理

無人機是通過無線電遙控進行操作和控制系統的不載人飛行器，無人機技術中包含多種現代化技術，其中有遙感技術、通信技術、傳感器技術、定位技術等，其集中多種先進技術于一體實現智能化、自動化、便捷化獲取數據信息。并且在現代化科學技術不斷完善的背景下，無人機技術的應用范圍也在擴大，其自身以靈活性強、效率高、質量優等優勢成為現代科學技術研究的重點內容。改革開放以后，我國的經濟建設、區域地貌、城市建設等發生巨大的變化，傳統的城市測繪技術已經難以滿足城市化發展的需要，與當前經濟社會發展的要求不適應，但是無人機技術能夠彌補城市測繪的要求，為城市建設提供便捷。因此，無人機技術在城市測繪中的應用進一步夯實[1]。

（二）無人機遙感技術的分類

無人機的類型主要分為固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機、無人飛艇四種類型，固定翼無人機采用的是電力驅動系統，其具有拆卸便捷、噪聲干擾小、隱蔽性強等優勢；無人直升機的優勢是垂直起降、懸停、能夠為工程測繪提供較多便捷；多旋翼無人機能夠同時擁有多個推進器，并且能夠實現空中懸停；無人飛艇主要是通過控制空氣浮力實現飛行，使用范圍較廣。在國土規劃中需要精確度更高的數據，我國的國土面積較大，傳統的測量技術需要耗費大量的人力、物力，并且數據的精確度難以滿足實際要求，將無人機應用其中，采用數字傳感器、無人機遙感平臺、數據處理技術、定位導航系統等，實現大面積的測量，促使數據時效性更高，工作效率更高[2]。

（三）無人機測繪技術的特點

1.穩定性強

無人機測繪技術的精度范圍在0.1米至0.5米之內，能夠滿足數字地形測量的要求，其能夠在前期根據航拍計劃制定飛行計劃，包括飛行路線和航拍點設置等，還能在航拍過程中將拍攝到的畫面進行實時性、清晰化傳輸，并且能夠動態更新拍攝點方位、機位、輻射范圍、飛行方向、經緯度等多樣化的內容，待飛行計劃完成后，能夠在電子操作系統中查看飛行軌跡，系統能夠將歷史數據進行自動化存儲，便于后期檢查，及時找出需要優化的部分（如圖1所示）。無人機在拍攝過程中具有較強的穩定性，包括畫面的穩定、數據信息的穩定、性能的穩定等[3]。

2.安全性強

我國的國土面積較大，地形較為復雜，部分地區的氣候條件較為復雜，所以測繪工作極易受到極端氣候的影響和復雜地形地貌的影響，這就導致傳統的測量技術難以勝任該工作的要求。無人機測繪技術能夠有效解決以上問題，其不受地形地貌的影響、不受氣候條件的影響，所測數據具有較強的穩定性、安全性和精確性。

3.性價比高

測繪工程通常規模較大，并且在地形地貌、天氣等多種因素的影響下，想要完成高質量的信息數據采集，需要投入大量的成本，但是在測繪工程中使用無人機技術能夠滿足低成本、高質量的要求，并且其采用低空飛行，受極端天氣的影響較小，無人機自身的安全性極高，方便拆卸、組裝，可重復使用。

三、無人機在測繪工程中的應用范圍

（一）土地確權

土地確權工作是我國土地管理中的重要工作內容，傳統的土地確權測量工作是通過地面工程測量實測方式繪制地形圖或者通過傳統載人飛機航測地形圖。但是，傳統的測量方式需要耗費大量的時間、人力、物力，并且測量的精確度無法保證。和傳統方式相比，利用無人機進行航空攝影測量具有性價比高、操作便捷、自動化程度高、精確度高、智能化程度高等多種優勢[4]。將無人機技術應用在農村土地登記確權發證過程中能夠為這項工作帶來巨大便捷。其主要是運用航空攝影建模的形式對土地數據信息采集，根據所采集的數據、圖像等建立高清三維模型，繪制精確的地形圖，促使土地確權工作順利開展。

（二）堆體測量

目前，我國對于堆體測量方式的選擇依然停留在傳統設備層面，例如全站儀、GPS等，這些方式和傳統的人工測量相比已經有很大的進步，但是無人機測量技術為堆體測量帶來更大的便捷，操作人員可以在實際測量前對測量路線、測量范圍等進行設置，同時在空白區域設置自動收集數據，將采集的數據自動存儲，數據采集完成后，將數據導入系統中，系統通過對數據的分析，生成立體三維數據模型，模型能夠對堆體的體積、空間距離進行測量，甚至能夠完成不規則面積的測量，并且測量精確度較高，能夠為工程規劃和后期建設提供可靠數據支撐[5]。

（三）路橋工程檢測

路橋工程中涉及很多復雜的測量內容，例如隧道測量，實際工作難度較大，只有深入隧道內部測量才能獲得精確的數據信息，這種測量方式會耗費大量的人力、物力，并且會增加工作量，還極易導致出現檢測盲區，嚴重影響工程整體質量。但是在該項工作中采用無人機測量技術，利用無人機搭載高清攝像機和雷達檢測設備，不僅能夠對隧道進行全面精細化的檢測，還能將收集到的數據集中在一起，自動生成三維模型，同時將模型實現存儲備份，以便于隨時調取。這種測量方式在保證測量數據精確性的同時，還給工作人員爭取了更多的時間和精力在專業技術方面更多投入[6]。路橋工程通常工程量較大、施工難度較高，在實際施工過程中最重要且最關鍵的就是獲取清晰、全面的圖像、文件資料，這對工程的開展有積極的促進意義，能夠為后期工程的實施提供強有力支撐。無人機不僅能夠對數據信息進行采集，同時利用三維建模軟件對工程量進行預估，便于工程隊能夠根據實際施工環境進行模擬，從中發現問題，探究應對措施，促使工程順利進行。

（四）文物考古

歷史文物是人類在發展過程中遺留下來的寶貴文化遺產，將無人機技術應用在文物保護方面，也能取得卓越的成效，與傳統的測量方式相比，無人機測量更加精準，可以避免和文物直接接觸，降低對文物的損害概率，真正起到保護文物的效果。例如在對大型古跡村落進行測量時，由于面積較大，實際測量難度較大，因此可以利用直升機進行測量，不僅效率高，而且能夠根據收集的數據建立三維模型，有助于后期實現情景再現。系統能夠對原始數據實現高精度和永久的保存，還可以實現文物模擬，供參觀游覽[7]。無人機技術還能運用在考古領域，其能夠通過高速激光測量快速、精確、全面地獲取物體具體信息，減少對文物的損傷。

（五）城市規劃管理

城市規劃地形圖是城市建設、規劃管理、國土資源管理等工作開展的基礎地理信息資料，對城市規劃建設、交通管理、社會與公眾服務等眾多領域的發展都有關鍵性作用，因此，城市規劃對基本地形圖的準確性有較高要求。無人機技術是城市管理規劃測繪的優化方向和改革路徑，這項技術已經逐漸向大比例尺地形圖航空測量方向發展，其能夠在最短時間內獲取高質量、高精度、高分辨率的影像數據，有效彌補傳統人工測量技術的不足[8]。

（六）環境監測

無人機技術能夠高效、快速獲取高分辨率航空影像，這項技術能夠及時對環境污染情況進行監測，特別是在污水排放領域。除此之外，海洋監測、水質監測、濕地監測、固體污染物監測、植被生態等方面都可以利用無人機技術實施。在陸地上，遙感無人機可應用于險情監測，無人機可根據地形地貌、河流水勢確定航線，并進行險情應急監測、灘區洪水災害監測、水污染等突發事件。無人機技術最早就是用在應急搶險方面的，隨著該技術的優化，未來在搶險救災方面會有更大的價值。

四、無人機技術在城市測繪中的具體應用

（一）無人機技術在城市測繪中的應用要點

1.獲取測繪影像資料

在使用無人機測量時，對測繪人員的技術要求較高，要求測繪人員對所測量地區的地形地貌等信息有基本了解，需要在實際測量前做好現場勘查工作，根據現場勘查的情況制定無人機飛行路線，充分確保飛行路線的合理性，在規劃飛行路線結束后可以先進行試飛，對試飛中的不足和有關環節進行調試、優化，確保試飛成功無誤后，正式投入測量。在無人機獲取數據信息后，應該利用無人機拍攝圖片信息并且使用三維影像技術實現立體模型構建，促使更加清晰、立體地呈現所測量區域圖像[9]。為了促使無人機的測量作用發揮到最大，可以對無人機進行操作，促使其能夠實現多角度拍攝。完成圖像拍攝后需要對拍攝的圖片進行分析，觀察成像距離、光照等，以便后期對圖像進行標準化處理。

2.測量惡劣環境

測繪工程很多時候都會遇見地理特征復雜、環境氣候惡劣的情況，倘若依然采用傳統的測量技術，將難以完成測繪工作，對于數據的有效性也無法保障，因此，可以利用無人機進行測量。無人機采用的是低空飛行模式，對所測量區域進行全方位航拍，同時獲取相應的數據信息，對這些數據信息進行科學分析，為后期工程建設提供強有力的數據支撐，促使測繪工作順利完成[10]。僅靠這些是不夠的，還應該加大對現代化科學技術的應用，充分發揮現代化科學技術的價值，利用智能化分析系統對無人機航拍數據進行分析，有效提高測繪效率，并且保障測繪人員的安全。

3.采集數據

在利用無人機進行工程測繪過程中，首先需要保證圖像識別中的節點和主機間能夠進行高效通信，并且借助圖像識別技術優勢促進數據的采集和聚合，圖像識別技術能夠促進互聯網數據的共享和加工，因此在進行設計時需要在圖像識別要求的基礎上，促使數據的時效性得到提高，需要快速、有效地采集和傳輸數據，便于及時定位設備的工作狀態。測繪工程中利用無人機采集數據可以通過兩種方法實現，分別是自動加密采集（通過無人機設備的內部系統實現對數據的保存，并且利用加密技術對信息數據進行保護，降低數據丟失的風險，只有內部人員或者擁有權限的人員才能成功讀取所獲得的數據，充分提高數據的安全性）、手動采集法（通過操作人員遠程控制計算機，根據測繪的目的和要求進行測量，從而獲得數據信息）。

4.處理測量數據

和傳統的測量技術相比，無人機技術處理測量數據的效果更好、效率更高，并且能夠保障所測量數據的精確度，通過大量的實踐表明，這項技術的應用效果良好。例如，在礦山測量時，可以使用無人機進行測量，在保證測量數據完整性的同時能夠為后期的開采工作奠定基礎，利用所獲取的數據信息幫助開采工作順利開展。值得注意的是，不管將無人機技術應用在哪個領域都應該控制無人機的速度，掌握好測量范圍的生態狀況，并且在完成采集后的第一時間將信息反饋給專業人員，便于及時制定工程實施方案。現階段，大部分無人機測繪中使用CCD作為感光部位，利用必要的加固裝置以及電力改裝，促使其能夠當做穩定性較強的數碼相機使用。但是感光單位也存在一定的畸變問題，導致攝像功能存在誤差，為了有效解決這一問題，可以使用高性能、適應無人機拍攝的相機，加強對相關功能的優化，促使其性能更加穩定。

（二）無人機技術在城市測繪中的應用途徑

1.無人機像控點布設

布點是進行無人機測繪工作需要完成的基礎內容，布點涵蓋控制點的測量和拍攝線路的布置。控制點測量和拍攝線路布置是保障航線科學性的重要內容，只有確保航線合理，才能促使形成的數據信息更加真實有效。在部分測繪工作中，為了促使測繪質量更高，會進行選擇性、針對性測量，充分保障網絡統一和配合科學，促使數據傳輸效果更佳。也可以利用流動站進行參數測量。在具體應用時，需要提前將無人機的設置工作完成[11]。

2.空中三角測量

一般情況下，在使用無人機測量的過程中會使用三腳架進行固定，步驟如下：首先利用空中加密測量技術，實現針對性的位置加密設置，可以設置攝像范圍，測量過程中設置加密距離，以便于系統能夠在面對復雜地形和惡劣氣候環境時也能科學處理。其次是設置三角加密點，在應用過程中，需要完成空中三角加密點的數據測量。在整個測量過程中，系統能夠根據實際情況以及區域條件對測量儀器進行調整，但這并不代表可以完全實現自動化、智能化的操作，需要在實際測量前進行人工設置，確保不同連接點更加符合地形測繪的要求。

3.無人機補測操作

無人機地形測繪需要根據設置的測量點進行操作，可以采用補測的方式實現，待實際測量區域范圍和位置確定后，通過多種技術對內部參數進行調整，從而實現科學的測量和規劃，對于少部分存在測量盲區的區域需要采用補測的方式滿足數據獲取需求。對于這部分的測量可以使用數據資料進行補充，也可以使用數據分析技術，充分保障測量結果的精確性。一旦出現遺漏或者測量數據存在疑問的區域，則需要對這部分區域重新測量，不僅能夠保證測繪整體質量，還能有效避免大規模遺漏，解決人工測繪所需時間較長的問題[12]。但是利用無人機測量也存在一定的風險，所以在實際測量中需要人工輔助，對無人機測繪技術的流程和內容進行控制，降低數據精確度下降的概率。但是，過多的人工干預會導致測量結果缺乏客觀性，所以為了充分保障測繪工作的合理性應該提前對相關參數進行設置，盡量降低人為干預，促使測繪工作效率和質量雙向提升。

五、結語

綜上所述，無人機技術屬于新興技術，在城市測繪中起到重要作用，其使用成本較低、操作便捷、適用范圍廣，能夠滿足高強度、高精度的測量要求，為我國測繪工程質量提高奠定良好基礎，為城市發展建設提供強有力的支撐，相信在未來無人機技術的應用領域會更加廣闊，相關功能也會得到進一步優化，為我國的發展建設提供更加堅實的科學技術支撐。

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作者單位：重慶市測繪科學技術研究院

責任編輯：尚丹