無人機三維測繪關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究

摘""要：無人機測繪遙感是將無人機技術(shù)應(yīng)用于測繪遙感領(lǐng)域而產(chǎn)生的新方向，是新型測繪遙感技術(shù)與航空平臺技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)的高度集成。無人機憑借高效、精確、靈活等特點，已經(jīng)在軍事、民用領(lǐng)域展示出重要價值。它主要是通過搭載各種傳感器、相機的方式實現(xiàn)地表三維信息的有效獲取，為城市規(guī)劃、國土利用、資源管理等工作提供重要支持。因此，需對無人機技術(shù)進行簡要概述，重點分析無人機三維測繪的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用，旨在為相關(guān)實踐提供一定指導。

關(guān)鍵詞：無人機""三維測繪""關(guān)鍵技術(shù)""傾斜航空攝影

中圖分類號：P231

Research"on"Key"Technologies"and"Applications"of"UAV"3D"Mapping

LI"Kai

Tianjin"Tianke"Shuchuang"Technology"Co.，"Ltd.，"Tianjin，"300000"China

Abstract："Unmanned"aerial"vehicle（UAV）"surveying"and"mapping"remote"sensing"is"a"new"direction"that"arises"from"the"application"of"UAV"technology"in"the"field"of"surveying"and"mapping"remote"sensing，"and"it"is"a"high"integration"of"new"surveying"and"mapping"remote"sensing"technology"with"aviation"platform"technology，"information"technology"and"sensor"technology."With"characteristics"of"high"efficiency，"precision，"flexibility，"have"demonstrated"significant"value"in"both"military"and"civil"fields."It"mainly"achieve"effective"access"to"three-dimensional"surface"information"through"the"installation"of"various"sensors"and"cameras，"providing"important"support"for"urban"planning，"land"use，"resource"management"and"other"work."Therefore，"a"brief"overview"of"UAV"technology"is"needed，"with"a"focus"on"analyzing"the"key"technology"and"application"of"UAV"3D"surveying"in"order"to"provide"guidance"for"relevant"practices.，

Key"Words："UAV;"3D"mapping;"Key"technology;"Oblique"aerial"photography

在科學技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，無人機測繪技術(shù)已經(jīng)逐漸成為測繪領(lǐng)域不可缺少的重要工具。尤其是在三維測繪領(lǐng)域，其能夠憑借先進的傳感器和攝像設(shè)備針對地表三維信息進行高效、高質(zhì)的獲取，并且顯示出靈活操作的重要特點，具有非常強的適用性，為城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境監(jiān)測等工作提供重要技術(shù)支撐。因此，需對無人機三維測繪的關(guān)鍵技術(shù)進行關(guān)注，對其應(yīng)用情況展開分析，促進無人機技術(shù)的更好發(fā)展。

1""無人機技術(shù)的優(yōu)勢

無人機測繪技術(shù)涉及多個學科領(lǐng)域，其主要目的即實現(xiàn)飛行、導航、控制和通信等功能。具體來說，無人機可搭載高分辨率相機，通過低空飛行的方式開展航拍，獲得精度較高的影像，讓地表實際情況得以更為清晰地反映。同時，無人機三維測繪可開展立體化的測量與建模工作，讓數(shù)據(jù)獲取的精確度、方便性得到有效提升，顯示出高效、高質(zhì)的特點[1]。

2""無人機三維測繪關(guān)鍵技術(shù)

2.1""傾斜航空攝影

測繪人員可以將無人機三維測繪技術(shù)與測區(qū)現(xiàn)場的環(huán)境結(jié)合在一起針對航飛線路展開規(guī)劃，讓不同航線的攝影航高、航線重疊情況、彎曲度、航向視場角等參數(shù)得到明確。一般來說，無人機開展傾斜航空攝影需要安裝多個鏡頭，從4個傾斜方向1個豎直方向?qū)崿F(xiàn)地表影像的獲取，從而捕捉到地物的立體信息，與傳統(tǒng)垂直攝影相比顯示出更為豐富地物特征和更真實的地表模型。傾斜航空攝影通常使用專門設(shè)計的傾斜攝影系統(tǒng)，在能見度超出1"km且光線良好的狀態(tài)下操縱無人機，按照預定飛行計劃獲取高質(zhì)量的傾斜攝影數(shù)據(jù)，包括連續(xù)的地面圖像、相機的傾斜角度和位置信息等，并對影像的清晰度、色彩色調(diào)等進行保證，讓不同地物可以獲得有效分辨，為后續(xù)的地物建模和三維重建打下良好基礎(chǔ)。對于每個架次完成的航攝數(shù)據(jù)，都需做好及時下載，并做好相應(yīng)質(zhì)檢工作，為后續(xù)的圖像校正、姿態(tài)解算、影像配準等處理工作打下基礎(chǔ)，進而生成最終的三維模型或傾斜攝影圖，將其廣泛應(yīng)用在不同測繪領(lǐng)域當中[2]。

2.2""地面控制測量

在無人機開展航測之前，需要測繪人員做好相應(yīng)的地面控制測量，針對測區(qū)的地形地貌、任務(wù)精度等因素展開綜合分析，并在現(xiàn)場做好控制點的分散布置，讓各處的控制點保持均勻分布狀態(tài)。控制點的位置選擇主要是由全球定位系統(tǒng)（Globe"Positioning"System，GPS）等測量設(shè)備獲得，其位置精確度需與測繪項目的要求保持一致，并將其分布在整個測繪區(qū)域當中，確保覆蓋于預期的測繪任務(wù)范圍當中。在測量過程中，需對每個控制點的坐標使用適當坐標系做好準確記錄。無人機航拍時需借助GPS做好飛行軌跡精確性的有效保證，使航拍圖像與地面控制點實際位置保持在相匹配狀態(tài)，并在完成航拍后針對地面控制點做好驗證，一旦發(fā)現(xiàn)偏差需做好校正或重新測量，讓測繪圖像位置與實際位置保持一致。一般來說，地面控制測量多是在傾斜航空攝影完成后前往測區(qū)做出現(xiàn)場測量作業(yè)。

2.3""空中三角測量

空中三角測量（圖1）主要是利用無人機搭載的相機于不同位置拍攝同一目標的圖像，借助三角測量原理實現(xiàn)目標三維坐標的計算。在開展空中三角測量前，需對相機的布設(shè)位置進行關(guān)注，通常會在不同的位置和角度設(shè)置相機，從而獲得多個角度的圖像數(shù)據(jù)。三角測量通常需要利用ContextCapture"Center等專業(yè)軟件與無人機搭載的POS系統(tǒng)結(jié)合在一起，從獲得的像片中提取外方位元素，讓各級別的相片得到自動匹配、自由網(wǎng)平差處理，結(jié)合控制點坐標值和差分GPS數(shù)據(jù)展開平差迭代計算，經(jīng)由重復聯(lián)合計算后獲得最終的平差結(jié)果。具體來說，需對原始數(shù)據(jù)進行一定整理后，將做好的block或txt文件導入新建工程的當中，對照片與POS數(shù)據(jù)的對應(yīng)性做好檢查。接著，將軟件劃分為空三分區(qū)，對其實施無控空三加密作業(yè)，對影像是否存在分層進行檢查，為后續(xù)的控制點刺點工作提供便利；若存在分層現(xiàn)象，需對空三成果進行優(yōu)化調(diào)整。接著，要對成果坐標系進行構(gòu)建，并與外業(yè)采集的像控點坐標結(jié)合在一起，于關(guān)聯(lián)照片上開展刺點工作，并對每個控制點的影像數(shù)目進行控制，讓其保持在3張以上[3]。最后，要使用光束法展開平差計算作業(yè)，實現(xiàn)空三成果的有效檢測，若滿足要求即完成空三加密作業(yè)，若不滿足需對原因做出有效分析，繼續(xù)展開空三加密操作直到滿足相關(guān)要求。將空中三角測量技術(shù)應(yīng)用在不同地形和場景的測繪任務(wù)當中，為地圖制作、工程測量、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域提供了有效的數(shù)據(jù)支持。

2.4""實景三維建模

無人機通過搭載傳感器與特定軟件工具（見圖2），可對真實世界中的場景、建筑物、地形等進行高精度的處理，形成點云模型，通過此種三維數(shù)據(jù)集的方式將目標區(qū)域的表面形狀和結(jié)構(gòu)準確地反映出來。在開展三維重建工作的過程中，可對ContextCapture"Center軟件的三維重建功能進行積極應(yīng)用，將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可視化的三維模型。三維軟件的應(yīng)用使不同格網(wǎng)面片的影像紋理得到自動匹配，讓每個三維格網(wǎng)放置于最佳位置，促進幾何精度提升，形成三維尺度的密集點云，進一步強化模型的視覺效果，使其更加逼真。接著，測繪人員需以預先設(shè)定的優(yōu)先級作為依據(jù)，針對不同區(qū)塊的點云數(shù)據(jù)進行順序分割，形成不規(guī)則的三角網(wǎng)，即TIN網(wǎng)，并且要對軟件優(yōu)化算法進行積極應(yīng)用，針對錯誤匹配的TIN網(wǎng)頂點進行刪除與修復，獲得更好的三維表現(xiàn)效果。同時，要將TIN網(wǎng)頂點的空間位置作為主要依據(jù)，向模型內(nèi)部賦予紋理，使最佳視角的影像與被標記空間坐標得到有效匹配，讓影像得以粘貼于模型表面，進而影響精度更高的三維實景模型[5]。

3""無人機三維測繪關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

3.1""國土測繪中的應(yīng)用

國土測繪與土地資源管理效率存在極為密切的聯(lián)系，將無人機技術(shù)引入該領(lǐng)域，可對無人機三維測繪的優(yōu)勢進行積極利用，針對國內(nèi)國土資源數(shù)據(jù)展開精準搜集，為國內(nèi)相關(guān)管理部門提供重要依據(jù)。具體來說，無人機三維測繪可對土地利用現(xiàn)狀、地形地貌、自然資源分布等信息進行高精度的搜集，并與三維模型技術(shù)充分結(jié)合在一起，讓獲得的數(shù)據(jù)可以更加直觀、立體的方式呈現(xiàn)出來，促使相關(guān)部門全面了解國土資源的實際使用情況和空間分布特征，制定出更加科學、精細的國土資源管理戰(zhàn)略，為動態(tài)化的國土資源管理提供重要支持。

3.2""環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

將無人機三維測繪技術(shù)用于環(huán)境監(jiān)測可對航空影像的獲取快速性、高效性進行提升，讓相關(guān)工作人員更加清晰且迅速地了解環(huán)境中的各種情況，特別是排放污染物的情況。同時，無人機測繪獲得影像不僅可以讓工作人員直觀地觀察到相關(guān)污染情況，還可借助數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，將環(huán)境變化的趨勢充分顯示出來，如植被生態(tài)監(jiān)測、固體污染物監(jiān)測等，均可在無人機測繪技術(shù)的應(yīng)用下顯示出更強的監(jiān)測效率與質(zhì)量，為生態(tài)環(huán)境的保護、管理提供重要的支持。

3.3""災(zāi)情救援中的應(yīng)用

在無人機技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，測繪任務(wù)變得越來越繁重，可借助實時且高分辨率的地圖和圖，幫助各類工作人員處理復雜多樣的地形測量工作，能夠?qū)鹘y(tǒng)測繪技術(shù)無法滿足的需求進行有效滿足，成為各類應(yīng)急情況下的得力助手，常見于災(zāi)難搶險、應(yīng)急測繪、地震、滑坡等災(zāi)情救援當中。具體來說，無人機可借助高分辨率的傳感器實現(xiàn)災(zāi)區(qū)地形、建筑物、道路等信息的有效獲取，形成詳細的三維地圖，為救援人員提供精準的路線規(guī)劃、災(zāi)情分析等，讓救援指揮部更準確地了解災(zāi)情，迅速做出正確決策[6]。同時，無人機搭載各類紅外設(shè)備可在夜間或復雜環(huán)境下搜索幸存者或失蹤者，相比傳統(tǒng)搜救顯示出更高的效率，并且還可用作移動的通信中繼站，為通信網(wǎng)絡(luò)受損情況下的救援人員提供通信支持。

4""結(jié)語

綜上所述，在科技水平不斷拓展的時代下，無人機三維測繪技術(shù)會獲得更為廣泛的發(fā)展，成為社會持續(xù)發(fā)展的重要工具。因為無人機測繪可以憑借其關(guān)鍵技術(shù)廣泛應(yīng)用在不同領(lǐng)域，如國土資源規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)情救援等。本次研究針對無人機三維測繪的關(guān)鍵技術(shù)展開重點分析，旨在推動其在各個領(lǐng)域的進一步應(yīng)用和推廣，讓無人機技術(shù)的社會效益獲得最大化發(fā)展，構(gòu)建一個數(shù)字化、智能化的社會。

參考文獻

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[3]蔣汪洋，和璇.基于無人機傾斜攝影的實景三維中國建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)探討[J].測繪與空間地理信息，2023，46（S1）：275-278.

[4]成云瑞.無人機傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2024，14（3）：85-88.

[5]張遵文.植保無人機山地作業(yè)航線控制優(yōu)化研究[D].杭州：杭州電子科技大學，2022.

[6]邊雪冬.激光三維測繪條紋圖像處理技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2016.