無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應(yīng)用

張義虎

摘 要：無人機作為一種新式的飛行設(shè)備，在我國現(xiàn)代化數(shù)字信息工程建設(shè)中的很多領(lǐng)域上都得到了廣泛的應(yīng)用。它是通過具有高分辨率的數(shù)碼相機、輕型光學(xué)相機、紅外掃描儀等機載遙感設(shè)備獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息的，再用計算機對圖像信息進行處理，并嚴(yán)格按照一定的精度要求制作成圖像[1]。文章通過對無人機的航拍測量技術(shù)的分析，簡要闡述了無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機；攝影測量技術(shù)；數(shù)字化地形測量

在小面積、大比例尺數(shù)字化地形測量技術(shù)服務(wù)中，無人機與載人飛機相比，它不但具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、造價低、使用方便等優(yōu)勢，而且無人機系統(tǒng)操作也非常簡單，不受空域管制的影響，能夠快速到達檢測區(qū)，進行飛行、成像，極大地提高了工作效率。

1 無人機攝影測量系統(tǒng)的組成

無人機攝影測量系統(tǒng)由無人機攝影測量的軟件、硬件兩部分組成。硬件系統(tǒng)包括無人機、機載系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。其軟件系統(tǒng)主要包括航線設(shè)計、飛行控制、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、航空攝影檢查以及數(shù)據(jù)預(yù)處理等五部分，可以說無人機攝影測量系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)不但實現(xiàn)了快速設(shè)計航線、航攝覆蓋檢查、數(shù)據(jù)實時傳輸，而且還有效地解決了程控平行飛行和程控姿態(tài)穩(wěn)定的難點。無人機攝影測量系統(tǒng)的飛行平臺是無人駕駛飛行器，具有高分辨率的遙感設(shè)備作為記載傳感器，低空高分辨率遙感數(shù)據(jù)作為應(yīng)用目標(biāo)，主要用來快速獲取及處理地形數(shù)據(jù)[2]。

2 無人機航空攝影測量測圖

2.1 航攝測量測圖的原理

航攝測量測圖的基本原理是通過采集地面上的地形、地物的三維坐標(biāo)以及描述其性質(zhì)的信息，然后錄入計算機，借助計算機繪圖系統(tǒng)進行處理、顯示、輸出與傳統(tǒng)地形圖表現(xiàn)勢性相同的地形圖。航攝測量單像片測圖的原理是中心投影的透視變換，立體測圖的原理是投影過程中的幾何反轉(zhuǎn)。

2.2 航攝測量測圖的方法

航攝有三種測量測圖的方法。綜合法：適用于平坦地區(qū)的大比例尺測圖。其屬于單張像片測圖，是攝影測量與平板儀結(jié)合在一起得到的測圖方法。綜合法能夠用平板儀測量出地面點高程和等高線，能夠根據(jù)得到糾正之后的航攝影片確定地面店的平面位置。全能法：主要適用于山地，其將立體像通過放置在立體測圖儀內(nèi)，從而構(gòu)成微小型的地面幾何模型，通過在微小型地面幾何立體模型上測量出地面點的平面位置、高程和等高線，從而得到地形圖[3]。分工法：主要適用于丘陵地形，其是按照平面位置和高程分求原則進行測量測圖的方法，與全能法一樣，也是通過立體測圖儀測量地面點、高程和等高線，其確定地面平面位置也綜合法的確定方法相同。

2.3 空中三角測量

空中三角測量解析是為了糾正定向點和標(biāo)記點，以及工作時所需要用到的儀器元素數(shù)據(jù)，在空中三角測量之前需要獲得的材料有航空攝影質(zhì)量見證書、滌綸片、圖例表（編圖過程的檔案）、野外操作控制圖以及各種觀測核算的手簿以及工序設(shè)計書。

2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)字化測圖（DLG）制作

數(shù)字化地形測圖主要步續(xù)為：航空攝影測量空三加密作業(yè)。外業(yè)主要負(fù)責(zé)像片控制點聯(lián)測、像片調(diào)繪和綜合法測圖。內(nèi)業(yè)的密測圖控制點是以像片上的控制點作為基礎(chǔ)，通過空中三角測量的方法，從而推求測圖的控制點、平面坐標(biāo)及高程。測繪地物地貌。主要作業(yè)是全野外調(diào)繪后測圖和內(nèi)業(yè)負(fù)責(zé)判斷測圖。外業(yè)負(fù)責(zé)對照、補測及補調(diào)兩種測圖。測繪接邊和結(jié)束。儀器在測繪地物地貌時，應(yīng)該與已描圖進行接邊。每幅圖在對測完以及檢查完之后才能夠從儀器上取下。

3 影響無人機航攝效率的因素分析

影響無人機航空攝影效率的主要因素有四方面，這四方面分別是攝影區(qū)域面積、無人機續(xù)航時間、數(shù)碼相機的續(xù)航時間及相機的像幅大小。

無人機航攝公式是N=Int（PArea/FArea）+1

公式中的N代表攝影飛行架的次數(shù)，PArea代表攝影區(qū)域的面積，F(xiàn)Area指單架此航空攝影面積，Int（）則表示數(shù)字舍去之后最接近的整數(shù)。

由公式N=Int（PArea/FArea）+1得知，航空攝影架次與攝影區(qū)域的面積成正比，與單價次航空攝影面積為反比。因此，要想在保證完成航攝區(qū)域任務(wù)的同時提高航攝效率，首先則需要先提高單架次的航空攝影面積。將單架次的航空攝影分?jǐn)偟矫恳粡堄行У南衿希瓜衿挠行娣e等于單架次像片減去單次重疊之后的面積。

以下兩種措施可以有效地提高無人機航空攝影效率：第一，選擇具有較高行高和短焦距的數(shù)碼相機，并選擇容量大的相機電池。第二，加大無人機的載油量，減少航攝像片重疊度以及單位時間的耗油量。在實際航空攝影作業(yè)中，由于相機的焦距是固定的，所以必須要保證航攝影響的重疊度[4]。因此，增加油箱容量和減少單位時間的耗油量是最有效的方法。

4 案例分析

DP-UAV軟件是針對無人機攝影測量非專業(yè)相機、像幅小、姿態(tài)不穩(wěn)定、重疊度大等特點而研發(fā)一種無人機攝影測量數(shù)據(jù)自動處理平臺。

表1是用DP-UAV軟件進行航測數(shù)據(jù)處理的成果，某地區(qū)338張像片，耗時147分鐘，自動生成136萬物方點，DEM和正射影像。

飛行區(qū)域大小——6×4平方公里；獲取方式：無人機，航高500米；使用數(shù)碼相機：canon450D；獲取時間：某日上午；天氣狀況：晴朗；獲取的影像：共1338張，15航帶。

同時在現(xiàn)場實際布設(shè)控制點40多個，采用RTK進行測量，將測量坐標(biāo)與無人機航測坐標(biāo)進行對比，結(jié)果如表1所示。

通過表1的數(shù)據(jù)表可以看出，通過DP-UAV處理后的無人機攝影測量成果已經(jīng)達到了高精度要求，滿足地形圖測量及一般工程測量的基本要求，驗證了該軟件應(yīng)用于數(shù)字化測量地形航測數(shù)據(jù)處理的可行性。

傳統(tǒng)的航空攝影測量數(shù)據(jù)處理作業(yè)流程成熟，但是作業(yè)效率低，快速拼接的全景影像無精度不可量測。而且在數(shù)據(jù)處理過程中需要使用野外控制點并通過空三加密求解外方位元素，而野外控制點的測量歷來是一項工作量大、作業(yè)成本高的測量過程，特別是在荒漠、森林、高山等困難地區(qū)更是如此。因此，盡量減少野外控制點數(shù)量、甚至實現(xiàn)無野外控制點定位一直是攝影測量的重要研究方向之一，而無人機攝影測量系統(tǒng)及影像處理軟件DP-UAV正好解決了這些問題。

5 結(jié)束語

無人機攝影測量技術(shù)已經(jīng)成為航空遙感技術(shù)之一，文章對無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量中的應(yīng)用以及影響無人機航空攝影效率的各種因素做了簡要分析，最后并提出了提高無人機航攝效率的可行方案，并且在實踐當(dāng)中得到了驗證。所以，也使得無人機可以進行大面積的航空攝影作業(yè)成為了有可能。

參考文獻

[1]王紅蓮.無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2015（22）：261.

[2]李晴晴.無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2013（35）：8098-8099.

[3]胡小峰，王建華.無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2015（8）.

[4]楊立建.數(shù)字化地形測量中無人機攝影測量技術(shù)應(yīng)用[J].地球，2015（1）.