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

◎周毅

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

◎周毅

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新以及微處理機(jī)在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，一種新興的測(cè)量技術(shù)為政府部門對(duì)于測(cè)繪資料的需求二發(fā)展起來，成為數(shù)字化地形測(cè)量的重要手段。該文通過分析無人機(jī)航空攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)，講述其在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用。

目前，世界上已有近60個(gè)國(guó)家裝備了不同類型的無人機(jī)，并有30多個(gè)國(guó)家自主研制出了50多種無人機(jī)，基本型號(hào)多達(dá)300余種。使用無人機(jī)進(jìn)行小區(qū)域遙感航拍技術(shù)，在實(shí)踐中取得了明顯成效和經(jīng)驗(yàn)，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和軍事防御的提高具有重要的促進(jìn)作用。

無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)

無人機(jī)航拍攝影主要利用無人駕駛飛機(jī)來進(jìn)行高空拍攝，通過先進(jìn)的遙感設(shè)備來收集信息，例如分辨率較高不同種類相機(jī)、紅外線掃描儀、激光掃描儀、磁測(cè)儀等，將圖像信息傳送到計(jì)算機(jī)上并將信息統(tǒng)計(jì)處理從而制作成具有一定精度的地形圖像。無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)具有更突出的設(shè)計(jì)和最優(yōu)化組合方式，是將高空拍攝、遙控、遙測(cè)技術(shù)、視頻影像微波傳輸和計(jì)算機(jī)影像信息處理技術(shù)集成為一體的新型應(yīng)用技術(shù)。。

可靠性。無人機(jī)為低空飛行，飛行高度在50～1000m，屬于近景航空攝影測(cè)量，攝影測(cè)量精度達(dá)到了亞米級(jí)，精度范圍通常在0.1～0.5m，符合數(shù)字化地形測(cè)量的測(cè)圖要求。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：在執(zhí)行航拍任務(wù)之前，按照作業(yè)需求自動(dòng)完成飛行計(jì)劃的制作，包括飛行路線和航拍點(diǎn)的布設(shè)等；飛行過程中，實(shí)現(xiàn)拍攝作業(yè)的實(shí)時(shí)可視化操作，動(dòng)態(tài)顯示的項(xiàng)目包括當(dāng)前拍攝點(diǎn)的位置、相幅覆蓋范圍、飛機(jī)當(dāng)前飛行方向、飛機(jī)當(dāng)前經(jīng)緯度坐標(biāo)以及海拔高度等，以輔助操作人員高質(zhì)量地完成飛行及拍攝任務(wù)；飛行作業(yè)完成之后，可以在電子地圖上重現(xiàn)飛行過程、分析漏拍和不符合重疊率要求的區(qū)域，迅速找出需要補(bǔ)拍的區(qū)域，必要的時(shí)候可以根據(jù)分析結(jié)果立即進(jìn)行補(bǔ)拍。

安全性。我們國(guó)家面積遼闊，地形和氣候復(fù)雜，很多區(qū)域常年受積雪、云層等因素影響，導(dǎo)致衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的采集受一定限制。傳統(tǒng)的地形測(cè)量手段受云層和地形的影響，容易出現(xiàn)誤差，且對(duì)地質(zhì)科研人員和駕駛?cè)藛T還有一定的危險(xiǎn)，在邊境地區(qū)也存在邊防的問題。而無人飛機(jī)就很好的解決了這些問題。不受航高、地形地貌限制，成像質(zhì)量、精度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人駕飛機(jī)航拍和地質(zhì)科研人員的測(cè)量。

靈活性。無人機(jī)航測(cè)通常低空飛行，空域申請(qǐng)便利，受氣候條件影響較小。對(duì)起降場(chǎng)地的要求限制較小，可通過一段較為平整的路面實(shí)現(xiàn)起降，在獲取航拍影像時(shí)不用考慮飛行員的飛行安全，對(duì)獲取數(shù)據(jù)時(shí)的地理空域以及氣象條件要求較低，能夠解決人工探測(cè)無法達(dá)到的地區(qū)監(jiān)測(cè)功能。升空準(zhǔn)備只要15分鐘的時(shí)間即可、操作方法簡(jiǎn)單、工具運(yùn)輸便利，每天根據(jù)人如要求可獲取近200 km2的地形測(cè)量結(jié)果。傳統(tǒng)高分辨率衛(wèi)星遙感在地形測(cè)量中存在兩個(gè)比較大的問題，第一個(gè)便是數(shù)據(jù)保存時(shí)間間隔長(zhǎng)，另一個(gè)是如果要得到新的影像，拍攝時(shí)間比較長(zhǎng)，同樣浪費(fèi)時(shí)間較多且不能及時(shí)保存影像數(shù)據(jù)。相比較而言，無人機(jī)航拍時(shí)間較靈活，用時(shí)較少且工作組可隨時(shí)進(jìn)行工作，可以隨拍隨保存隨處理，相比衛(wèi)星和有人機(jī)測(cè)繪，可做到短時(shí)間內(nèi)快速完成，及時(shí)提供用戶所需成果。

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

無人機(jī)低空航空攝影測(cè)量繪制地形圖。無人機(jī)航拍是當(dāng)前較流行和先進(jìn)的航空攝影測(cè)量方法，它具有高清晰、大比例尺、小面積、高現(xiàn)勢(shì)性的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于河流、水庫(kù)等地區(qū)航拍。2013年，北京院測(cè)繪大隊(duì)已經(jīng)掌握了攝影測(cè)量相關(guān)技術(shù)之后，加大科技投入，通過迅速組織相關(guān)人員培訓(xùn)、學(xué)習(xí)、研究，加強(qiáng)攝影測(cè)量人才的培養(yǎng)，利用無人機(jī)低空數(shù)碼航拍影像，經(jīng)過不懈地鉆研，終于成功完成了第一個(gè)完全自主利用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的生產(chǎn)項(xiàng)目。全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)不僅可以繪制出地形圖，還可以進(jìn)一步生成數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像，三維場(chǎng)景等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化。全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用，標(biāo)志著北京院已經(jīng)具備了攝影測(cè)量的生產(chǎn)能力，攝影測(cè)量工作進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

航空攝像測(cè)量控制的測(cè)量像片。一般情況下，可以利用航空拍攝測(cè)量技術(shù)測(cè)量一些特殊地段的地形狀況。其中像片控制測(cè)量技術(shù)十分重要，主要可以將利用像片控制技術(shù)拍攝到的部分圖像數(shù)據(jù)與 GPS 系統(tǒng)中的位置信息相互結(jié)合，兩部分?jǐn)?shù)據(jù)相互結(jié)合會(huì)更加精確，利用此數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算航空拍攝資料與GPS測(cè)量數(shù)據(jù)間的關(guān)系，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理可以獲得該地區(qū)真實(shí)可靠的地形地貌信息，在一些復(fù)雜的特殊的場(chǎng)地，可以記錄下所獲得的影像情況以便以后方便使用。在進(jìn)行航空攝像測(cè)量時(shí)，合理選擇和利用控制點(diǎn)十分重要，將這些控制點(diǎn)聯(lián)系起來，可以形成特殊的分布和設(shè)置情況，得到分布和設(shè)置情況之后，通過 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)需測(cè)量的像控點(diǎn)控制區(qū)域的地形進(jìn)行更為精準(zhǔn)、全面的測(cè)量。

攝像測(cè)量中的空中三角測(cè)量。空中三角測(cè)量是立體攝影測(cè)量中，根據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，在室內(nèi)進(jìn)行控制點(diǎn)加密，求得加密點(diǎn)的高程和平面位置的測(cè)量方法。其主要目的是為缺少野外控制點(diǎn)的地區(qū)測(cè)圖提供絕對(duì)定向的控制點(diǎn)。主要運(yùn)用已編寫好的相應(yīng)的程序，在實(shí)際測(cè)量中系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成設(shè)置并計(jì)算出相應(yīng)地形的位置，而不需要人工對(duì)其具體的航空數(shù)碼攝像器進(jìn)行內(nèi)定向設(shè)置。

無人機(jī)航測(cè)是傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量手段的有力補(bǔ)充，具有機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷更新與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的提高，利用無人機(jī)載數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行的航攝技術(shù)也在逐漸顯露出其特有的優(yōu)勢(shì)，無人機(jī)與航空攝影測(cè)量相互結(jié)合使用，使得無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)成為數(shù)字化地形測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)嶄新發(fā)展方向，在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用具有廣闊前景。

（廣西壯族自治區(qū)測(cè)繪地理信息產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)站）