無人機航空攝影測量技術(shù)在工程測量和地質(zhì)測繪中的應(yīng)用

管成龍

湖北省國土測繪院，中國·湖北 武漢 430000

無人機；航空攝影；測量技術(shù)；工程測量；地質(zhì)測繪；地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防

1 引言

無人機攝影測量具有成本低、效率高、時效強、周期短、靈活性強的優(yōu)點，特別適合小面積作業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機續(xù)航能力也不斷提升，這樣就能高效率地獲取高分辨率的影像，進而提高地形圖測繪的效率。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，工程建設(shè)項目不斷增加，直接推動著地形圖測繪工作的穩(wěn)步發(fā)展，這就對地測結(jié)果的質(zhì)量提出了更高的要求?；跓o人機航空測量技術(shù)存在諸多的優(yōu)勢，其被越來越廣泛地應(yīng)用到地形測繪中。無人機航空測量技術(shù)在地測工程中的意義是十分重大的。

2 無人機航空攝影測量的相關(guān)概述

2.1 無人機航測系統(tǒng)

無人機航測系統(tǒng)由無人機載體、飛行控制系統(tǒng)、影像獲取設(shè)備、數(shù)傳系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、地面接收終端、數(shù)字?jǐn)z影測量工作站和地面遙控裝置組成。在數(shù)據(jù)采集階段影像曝光的瞬間，飛行控制系統(tǒng)采集了像主點曝光瞬間的位置信息、姿態(tài)信息、影像參數(shù)等；將這些信息通過數(shù)傳系統(tǒng)和圖傳系統(tǒng)傳輸給地面設(shè)備；飛行完成后利用影像數(shù)據(jù)預(yù)處理檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，對不符合要求的數(shù)據(jù)實施補飛或重飛。

2.2 無人機低空攝影測量的特點及優(yōu)勢

2.2.1 無人機低空攝影測量的特點

結(jié)合導(dǎo)航技術(shù)以及攝影技術(shù)，無人機低空攝影技術(shù)有以下特點。首先，測量方式簡單，可以實現(xiàn)自動化測量，且設(shè)備輕便。其次，測量精度高，可以對數(shù)據(jù)進行精確控制，整個操作系統(tǒng)靈活、方便，適用范圍廣。最后，無人機低空攝影技術(shù)可以實現(xiàn)方便用戶操作的應(yīng)急保護措施。

2.2.2 無人機低空攝影測量的優(yōu)勢

無人機低空攝影技術(shù)具有很強的適應(yīng)性，在特殊的運行環(huán)境中，能克服氣候影響，該技術(shù)靈活，易于操作，可應(yīng)用于多個場景和多個建筑的角度。即使無人機設(shè)備發(fā)生故障，它也不會對周圍人員造成危害，并且能及時保存部分特殊數(shù)據(jù)并向操作員提供幫助?？梢钥闯觯瑹o人機的測量具有很高的安全性和實用性。該技術(shù)在城市測繪的運用中，主要有以下優(yōu)勢。

第一，無人機低空攝影技術(shù)的高精度可以通過降低成本，改善人力和物力方面的浪費，優(yōu)化設(shè)備的運行質(zhì)量，同時降低測繪成本。

第二，測繪技術(shù)在數(shù)字信息技術(shù)的影響下，具有更準(zhǔn)確的分辨率。在過去，城市測繪技術(shù)使用GNSS 和遙感技術(shù)進行數(shù)據(jù)收集和制圖，并且測試結(jié)果易受外部環(huán)境的影響，從而降低了測繪的質(zhì)量，而低分辨率也很難保證測繪的質(zhì)量。但是，現(xiàn)在無人機低空攝影測量技術(shù)可以減少物理因素對測試結(jié)果的影響，并且可以對各種結(jié)構(gòu)進行多角度測量，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，并將其高分辨率呈現(xiàn)[1]。

3 無人機航空攝影測量技術(shù)在工程測量和地質(zhì)測繪中的應(yīng)用

3.1 攝影控制點測量與布置工作

首先，在對目標(biāo)地區(qū)進行無人機攝影測量過程中，要選擇地勢較為平緩且沒有高層建筑物遮擋的區(qū)域作為攝像的控制點，這樣可以減少環(huán)境因素導(dǎo)致降低攝像精度。需要注意的是，選擇的攝像控制點不能影響到周圍交通系統(tǒng)的運行，如果周圍有強電磁輻射源，一定要保證控制點與輻射源的距離要大于標(biāo)準(zhǔn)的安全距離，確保超出五度重疊區(qū)域。如果是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者是山區(qū)進行地籍測繪工作，一定要設(shè)置好相應(yīng)的區(qū)域網(wǎng)來輔助攝影工作，準(zhǔn)確、有效地將控制點設(shè)置工作真正落實到具體航拍區(qū)域內(nèi)。

其次，在無人機進行航拍攝像過程中，應(yīng)該沿著航線前進方向依次設(shè)置攝像控制點，每兩個相鄰的攝像控制點的間隔距離盡量保持200m。在確定好控制點位的具體位置之后使用顏色比較容易辨識的油漆進行標(biāo)記，一般選擇比較醒目的紅色或者藍(lán)色。

最后，使用借助于CORS 網(wǎng)絡(luò)的RTK 系統(tǒng)，對不同測繪點攝像出來的像素點進行反復(fù)測量，最終要求地籍測繪工作的測繪參數(shù)值低于3cm，然后計算出平均值，這樣才能保證點位的空間位置測繪工作能落實到準(zhǔn)確的具體位置。

3.2 像控點布設(shè)的應(yīng)用

在地測工作中應(yīng)用無人機航空測量技術(shù)時，要對像控點進行科學(xué)布設(shè)，該環(huán)節(jié)主要有兩個內(nèi)容：①布設(shè)區(qū)域網(wǎng)點。利用GPS 對控制點進行測量。②利用網(wǎng)絡(luò)對流動站進行科學(xué)的設(shè)置，讓無人機與終端能時刻保持高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，通過流動站對手薄運行參數(shù)進行測量，而在設(shè)置投影參數(shù)時，要根據(jù)地理坐標(biāo)進行，使整個通信數(shù)據(jù)更加可靠[2]。

3.3 補測操作的應(yīng)用

應(yīng)用無人機航測技術(shù)對地物展開測量，需要相關(guān)人員對測量盲點引起重視，對測量區(qū)域進行充分的考慮，然后根據(jù)區(qū)域位置科學(xué)地進行設(shè)計。為了讓盲區(qū)測量數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)任何遺漏，就需要反復(fù)對比無人機航測技術(shù)所獲得的地測數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)遺漏就要進行補測，只有這樣才能提高地測的質(zhì)量，完善地測數(shù)據(jù)。除此之外，要想更好地處理測量誤差和降低誤差的出現(xiàn)，就要預(yù)訂參數(shù)和操作模式，這樣才能提高地測工作質(zhì)量，讓無人機航測技術(shù)有效應(yīng)用。

3.4 區(qū)域測繪

關(guān)于基于3D 建?；A(chǔ)架構(gòu)的無人機技術(shù)的操作，該技術(shù)可應(yīng)用于特殊高度的測繪，對于突破當(dāng)?shù)亟ㄖ锏臉?biāo)高具有重要意義。例如，無人機低空攝影技術(shù)可以消除地理缺陷，并在某些高海拔地區(qū)獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析和技術(shù)創(chuàng)新中，測繪技術(shù)已經(jīng)可以測量海拔5500m 以上的建筑物并保持城鄉(xiāng)顯示很清楚，以后可以用作測繪數(shù)據(jù)中介的基礎(chǔ)。同時，借助無人機技術(shù)和安裝在機身上的攝像機，可以隨時采集地理信息，以實現(xiàn)測量1:2000km2約6800km2的大比例尺地形圖，為中國的城市化規(guī)劃和土地改革奠定了基礎(chǔ)。借助無人機技術(shù)，全面提高了測繪的效率和質(zhì)量，并且為多區(qū)域的建筑提供了更清晰的數(shù)據(jù)規(guī)劃圖，以減少外業(yè)數(shù)據(jù)測量造成的人力資源浪費[3]。

3.5 無人機航空攝影

對于無人機航空攝影技術(shù)的應(yīng)用過程中，無人機航空攝影技術(shù)主要是依賴于像片控制測量，它是提高整個測量精準(zhǔn)度的關(guān)鍵像片控制測量中最重要的環(huán)節(jié)。提高像控點的布置能保證測量的準(zhǔn)確性，如果其布置不合理就會降低影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在后期的數(shù)據(jù)處理過程中，通過空中三角加密測量技術(shù)的應(yīng)用，確保測量區(qū)域地貌變化的密切觀察。因此，為了保證無人傾斜影像測量技術(shù)的高效與影像數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量，通常在地形變化幅度較小的地區(qū)使用該技術(shù)，能合理地降低像控點布置的密度。而在一些地形變化幅度較大的地區(qū)，可適當(dāng)?shù)脑黾酉窨攸c布置的密度。整體而言，在像控點控制的過程中需要注意以下幾個方面。

首先，像控點一般布置需要在容易識別的物體地貌上，并且布置的監(jiān)控點必須是唯一的、準(zhǔn)確的。通常情況下，會設(shè)置在比較小的山頭舔腳等部位。

其次，位于測繪區(qū)域范圍以外的像控點的目的在于控制測繪區(qū)域。

最后，對于圖幅邊緣的像控點一般不設(shè)在圖框輪廓以外。對于植被發(fā)育比較密集的地區(qū)，不宜進行像控點的布置。通過上述合理的監(jiān)控點布置，能有效地提高測量的精準(zhǔn)度，降低測量的難度，提高整個測繪工作的準(zhǔn)確性。

3.6 無人機航空攝影測量在地質(zhì)測繪和災(zāi)害預(yù)防的應(yīng)用

無人機數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。在一些自然災(zāi)害等突發(fā)事件處理中，由于危險性、時間性等因素，無人機攝影測量更有著獨特的優(yōu)勢。2008年中國四川省“5.12”汶川地震、2014年“8.3”云南省魯?shù)榈卣鹬袩o人機在搶險救災(zāi)工作中都發(fā)揮了重要作用，用無人機航拍手段收集地震災(zāi)害造成的損失數(shù)據(jù)、對災(zāi)區(qū)損失財產(chǎn)的評估及災(zāi)后重建和生產(chǎn)自救提供了寶貴的參考資料。無人機數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)除了在滑坡等地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中，如監(jiān)控喀斯特石漠化、林火監(jiān)測系統(tǒng)、城市結(jié)構(gòu)損傷開展評估研究、核污染探測及定量化研究、非法廢棄堆積物（固體垃圾等）監(jiān)測等其他自然災(zāi)害調(diào)查分析中也有大量應(yīng)用。另外，利用無人機技術(shù)在氣象監(jiān)測、森林資源調(diào)查、環(huán)境評估、土地規(guī)劃等領(lǐng)域也有較為廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語

當(dāng)前，中國無人機航空攝影測量技術(shù)在工程建設(shè)的過程中發(fā)揮了非常重要的作用，該技術(shù)具有清晰度高操作簡便，成本較低等優(yōu)勢，因此受到了相關(guān)企業(yè)的高度重視。與傳統(tǒng)的工程測量和地質(zhì)測繪技術(shù)相比，無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用范圍在逐漸地擴大，并且提高了測量的準(zhǔn)確性，為中國工程建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。