無人機(jī)航空攝影測量在小區(qū)域測繪中的應(yīng)用研究

段隆輝

（佛山市高明區(qū)不動(dòng)產(chǎn)登記中心，廣東 佛山528000）

在現(xiàn)代測繪建設(shè)工程中，地形圖測繪技術(shù)是必不可少的一個(gè)工作任務(wù)項(xiàng)目。在具體開展地形圖測繪作業(yè)的過程中，對測繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性要求要對較高。尤其是隨著無人機(jī)科技的進(jìn)步，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)，以其成本低、效率高、操作靈活、且測繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。

1 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的相關(guān)概述

無人機(jī)航空測量技術(shù)是一種新型的地形圖測繪技術(shù)，該測繪技術(shù)主要是以無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，并且以高分辨率的數(shù)碼相機(jī)作為傳感器（見圖1），在測繪的過程中，應(yīng)當(dāng)充分利用3S技術(shù)開展測繪工作（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱)。3S技術(shù)是一種現(xiàn)代信息技術(shù)，主要是將空間技術(shù)、遙感器技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)和計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)相互結(jié)合起來，以對空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、傳播和應(yīng)用，從而獲得精準(zhǔn)的航測遙感數(shù)據(jù)。

圖1 無人機(jī)航測系統(tǒng)組成

與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)不同，無人機(jī)航空測量技術(shù)在應(yīng)用的過程中，具有成本低、靈活機(jī)動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，并且在眾多的領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，滿足了測繪工程的相關(guān)要求。無人機(jī)航空測量技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的應(yīng)用，主要依賴于其獨(dú)特的測量特點(diǎn)。具體來說，主要有以下四個(gè)：

特點(diǎn)一：準(zhǔn)確度較高。無人機(jī)航空測量技術(shù)中，無人機(jī)的飛行高度較低，一般在50～1 000 m之間，屬于近景航空測量。在具體測量的過程中，其測量的精度范圍通常在0.1～0.5m之間，其測繪的精準(zhǔn)度比較高，能夠?yàn)闇y繪工程提供精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)和信息，滿足測繪工程的需求。

特點(diǎn)二：機(jī)動(dòng)靈活性較強(qiáng)。在利用無人機(jī)航空測量技術(shù)的時(shí)候，機(jī)動(dòng)和靈活性較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在具體使用的過程中，極容易達(dá)到人力所無法達(dá)到的地方，進(jìn)行測繪工作，以收集到相關(guān)的信息；另一方面，無人機(jī)航空測量中，對地形、天氣環(huán)境要求相對比較低，無論是地形多么復(fù)雜、天氣環(huán)境多么惡劣，都能在低空飛行的過程中，直接獲取地形的相關(guān)影響和信息，不會(huì)影響作業(yè)[1]。此外，在無人機(jī)航空攝影測量的過程中，即便是在作業(yè)的過程中，設(shè)備出現(xiàn)一定的故障，也不會(huì)出現(xiàn)人員傷亡的現(xiàn)象，具有極高的安全性。

特點(diǎn)三：作業(yè)效率高。與傳統(tǒng)的人工測量技術(shù)不同，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)，主要是利用無人機(jī)做載體，并且在無人機(jī)上搭載彩色數(shù)碼設(shè)備，以對地表影像進(jìn)行快速的獲取，并利用相關(guān)的科技，將所采集到的影響轉(zhuǎn)化為三維可視化的數(shù)據(jù)信息。之后，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將信息傳遞給工作現(xiàn)場。在實(shí)際應(yīng)用中，這一過程時(shí)間非常短，效果相對較高。

特點(diǎn)四：成本低、操作簡單。該測繪技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)用范圍廣，使用成本較低、耗費(fèi)較低，并且系統(tǒng)的維修和保養(yǎng)比較簡單，其性價(jià)比較高。另外，無人機(jī)測量技術(shù)操作相對比較簡單，只需要對操作員進(jìn)行短期的培訓(xùn)即可。

2 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用案例

無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)作為一種新型的測量技術(shù)，在具體測量的過程中，利用無人機(jī)掛載數(shù)碼設(shè)備，在小區(qū)域測繪、大比例尺地形圖的制作、城市規(guī)劃的建設(shè)中，都實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。在本次研究的過程中，筆者以C市二級公路測繪作為案例，對其進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

在C市全長約為95 km帶狀地形測量中，其地勢平坦，道路順利平緩，路面為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。為了滿足C市城市發(fā)展的要求，需要選擇走廊帶繞行過境。因此，必須要在施工之前，按照1∶2 000的比例，利用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)，對C市的帶狀地形圖進(jìn)行測量。在具體使用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的過程中，必須要參考我國所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如《城市測量規(guī)范》、《地形圖圖式》、《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》等，同時(shí)對測繪產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，以及測繪產(chǎn)品質(zhì)量評定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的落實(shí)。之后根據(jù)C市二級公路的實(shí)際需求，將測圖的比例設(shè)置為1∶2 000，并設(shè)定一定的高程，以開始進(jìn)行無人機(jī)航空攝影測量工作。

3 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的具體應(yīng)用分析

在具體利用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)時(shí)，主要包括兩個(gè)部分，即航空攝影數(shù)據(jù)的采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程。

3.1 航空攝影數(shù)據(jù)的采集

在利用無人機(jī)航空攝影技術(shù)進(jìn)行航空數(shù)據(jù)采集的過程中，要做到四點(diǎn)：

（1）設(shè)置無人機(jī)系統(tǒng)

在C市二級公路工程的無人機(jī)航空測繪過程中，選擇無人機(jī)為大疆PHANTOM 4 ADVANCED旋翼無人機(jī)，無人機(jī)上的數(shù)碼設(shè)備分別為1英寸的CMOS數(shù)碼照相機(jī)，其像素為2000萬，鏡頭為8.8mm的定焦鏡頭，符合無人機(jī)低空航空測繪的相關(guān)規(guī)定。并使得在具體的測繪過程中，保持?jǐn)z影具有較高的清晰度。并且根據(jù)測量當(dāng)天的天氣晴朗的狀況，對數(shù)碼設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使其感光度為200，以免在攝影的過程中產(chǎn)生較多的噪點(diǎn)；光圈值為8，以有效保證攝影測繪過程中的最佳畫質(zhì)；快門速度為1/500 s，以有效避免在在拍攝的過程中，因無人機(jī)抖動(dòng)而造成畫質(zhì)模糊的現(xiàn)象。

（2）布設(shè)像控點(diǎn)

在具體的測繪過程中，根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影測量作業(yè)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，對像控點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的布設(shè)，以有效保證攝影測繪目標(biāo)清晰、利于刺點(diǎn)[2]。在C市二級公路工程的測繪過程中，根據(jù)測繪1∶2 000的比例要求，以道路的拐點(diǎn)、交匯點(diǎn)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)，并在此基礎(chǔ)上利用RTK進(jìn)行測量。在本次測繪過程中，一共設(shè)置了10個(gè)平高點(diǎn)，并且為了確保測繪的精準(zhǔn)度，分別在測繪區(qū)的周邊、中間布設(shè)了4個(gè)和2個(gè)像控點(diǎn)。

（3）區(qū)域網(wǎng)布設(shè)與航線規(guī)劃

在具體航測過程中，根據(jù)C市二級公路工程1∶2 000的比例尺、地面分辨率、測區(qū)地形等因素，進(jìn)行綜合考慮，并規(guī)劃出無人機(jī)航空攝影測繪的區(qū)域網(wǎng)布設(shè)與航線。在具體規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，使其呈方形或矩形，并且保證航向覆蓋超出實(shí)際所拍范圍的2條基線之外的范圍之內(nèi)。

（4）采集航空攝影數(shù)據(jù)

由于在本次航測過程中，所選擇的天氣晴朗無云，風(fēng)力較小，因此在具體的航測過程中，進(jìn)行了20 min的拍攝，并且保證在拍攝過程中，使得無人機(jī)上的數(shù)碼相機(jī)保持正射視角、東西南北45°視角處各設(shè)置一個(gè)架次。一共設(shè)置5個(gè)架次，并且保持無人機(jī)保持150 m的航高，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集[3]。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程

將無人機(jī)航空攝影所采集的所有信息數(shù)據(jù)、影像等信息資料，充分運(yùn)用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行處理。在處理的過程中，要遵循一定的處理流程（見圖2）進(jìn)行。

圖2 無人機(jī)航空攝影信息數(shù)據(jù)處理流程圖

在具體處理的過程中，先將所采集的所有信息數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，并且在具體導(dǎo)入的過程中，鑒于本次采集過程中，所獲取的影像、數(shù)據(jù)信息較多，可將整個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行劃分，使之變成5個(gè)子集，之后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如此一來，就在很大程度上大大加快了數(shù)據(jù)的處理速度；數(shù)據(jù)導(dǎo)出之后，利用手動(dòng)的方式在工作區(qū)內(nèi)添加相片的控制點(diǎn)，之后軟件會(huì)自動(dòng)對照片上的信息進(jìn)行讀取，并計(jì)算出相片的姿態(tài)，自動(dòng)尋找影像件的同名點(diǎn)、自動(dòng)對照片進(jìn)行匹配，以實(shí)現(xiàn)對所采集數(shù)據(jù)的優(yōu)化排列。之后，在此基礎(chǔ)上，對所優(yōu)化的排列的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深度重建，并生成點(diǎn)云、網(wǎng)絡(luò)和紋理。并且軟件會(huì)根據(jù)之前所設(shè)置的參數(shù)，生成相應(yīng)的密度的點(diǎn)云，并且根據(jù)選擇疏點(diǎn)云、密集點(diǎn)云以生成不規(guī)則的三角網(wǎng)，從而進(jìn)行紋理的映射；最后，將所生成的紋理三維模型用軟件進(jìn)行導(dǎo)出，還可以采用多視圖像三維重建技術(shù)等，自動(dòng)完成正攝像的糾正和拼接[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)是一種新型的測繪技術(shù)，在具體的應(yīng)用過程中，具有準(zhǔn)確度高、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高、成本低和操作簡單等優(yōu)勢，尤其適用于小區(qū)域內(nèi)的測繪工作。在本次研究的過程中，結(jié)合C市二級公路工程的測繪工作，并利用無人機(jī)和數(shù)碼設(shè)備，準(zhǔn)確地采集了相關(guān)的數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上利用相應(yīng)的處理軟件，生成了三維數(shù)字模型和正攝像圖，滿足了測繪工作的需求。