測(cè)繪工程中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用分析

蔣和湖

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局916 大隊(duì)，江西 九江 332000）

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)作為航測(cè)技術(shù)中的一種，具有自動(dòng)靈活、高效精準(zhǔn)、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，以其高頻監(jiān)測(cè)關(guān)鍵區(qū)域的功能受到測(cè)繪方面的重點(diǎn)關(guān)注[1]。在我國(guó)，針對(duì)測(cè)繪工程方面的研究十分普遍，但大多數(shù)測(cè)繪方法很難滿足大比例尺測(cè)繪的精度要求。本文通過(guò)將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在測(cè)繪工程中，通過(guò)無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載傾斜相機(jī)，獲取高重疊度影像數(shù)據(jù)，為測(cè)繪工程提供一個(gè)嶄新發(fā)展方向。結(jié)合余章蓉等人提出的無(wú)人機(jī)單鏡頭傾斜攝影測(cè)量及三維建模技術(shù)方法研究表明，測(cè)繪工程中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用的亮點(diǎn)之處在于通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在搭建實(shí)景三維模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)地形圖測(cè)繪。本文依次為研究依據(jù)，進(jìn)行基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪工程研究，通過(guò)設(shè)計(jì)基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪方法，致力于提高測(cè)繪精度。

1 基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪方法

在本文設(shè)計(jì)的基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪方法中，基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪具體流程為：首先。獲取無(wú)人機(jī)影像；再通過(guò)高精度DEM 對(duì)無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行幾何校正；在此基礎(chǔ)上，確定測(cè)繪工程整體結(jié)構(gòu)，并獲取數(shù)字正射影像圖；最后，通過(guò)測(cè)繪圖像處理，輸出圖像，完成地形圖的測(cè)繪，將測(cè)繪工程測(cè)量信息進(jìn)行顯示與分析?；跓o(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪方法實(shí)現(xiàn)具體流程，如圖1 所示。

結(jié)合圖1 所示，本文針對(duì)4 個(gè)關(guān)鍵步驟進(jìn)行研究，具體研究?jī)?nèi)容，如下文所述。

圖1 基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪方法實(shí)現(xiàn)流程圖

1.1 確定測(cè)繪參數(shù)結(jié)構(gòu)

在測(cè)繪工程開展區(qū)域設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，并將其作為測(cè)繪工程的結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)，再通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行航測(cè)[2]。通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)獲取無(wú)人機(jī)影像，利用無(wú)人機(jī)影像中的特征點(diǎn)、線、面，確定測(cè)繪參數(shù)結(jié)構(gòu)。利用CC（Smart 3D）軟件確定測(cè)繪參數(shù)結(jié)構(gòu)的具體流程為：首先，加載無(wú)人機(jī)影像，引入控制點(diǎn)以及相機(jī)參數(shù)；而后，采集pos 數(shù)據(jù)，獲取pos 數(shù)據(jù)原始坐標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)空三對(duì)pos 數(shù)據(jù)原始坐標(biāo)進(jìn)行加密處理；最后，提取密集點(diǎn)云，利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)測(cè)繪區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)采集。通過(guò)得到的測(cè)繪參數(shù)結(jié)構(gòu)，為下文獲取數(shù)字正射影像圖提供基礎(chǔ)點(diǎn)位支持。

1.2 獲取數(shù)字正射影像圖

在確定測(cè)繪參數(shù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，獲取數(shù)字正射影像圖。獲取數(shù)字正射影像圖的具體流程為：首先，將紙質(zhì)的無(wú)人機(jī)影像掃描成圖，導(dǎo)入MapGIS 地圖編輯器，點(diǎn)擊MapGIS 地圖編輯器菜單中的矢量化選項(xiàng)，自動(dòng)進(jìn)行無(wú)人機(jī)影像矢量化處理；而后，通過(guò)MapGIS 地圖編輯器中的拓?fù)洳殄e(cuò)功能，對(duì)測(cè)繪邊界線進(jìn)行拓?fù)洳殄e(cuò)；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)測(cè)繪區(qū)域地質(zhì)調(diào)查具體參數(shù)，對(duì)數(shù)字正射影像圖進(jìn)行賦值；最后，得到有顏色、紋理清晰的數(shù)字正射影像圖。為最大限度上降低數(shù)字正射影像圖的誤差，需要將無(wú)人機(jī)影像涉及區(qū)域以1：50000 的數(shù)字柵格地形圖按公里進(jìn)行網(wǎng)格校正，對(duì)不在網(wǎng)格內(nèi)的部分進(jìn)行剔除[3]。根據(jù)已有的控制點(diǎn)對(duì)數(shù)字正射影像圖進(jìn)行驗(yàn)證，將數(shù)字正射影像圖與原有地質(zhì)圖進(jìn)行疊加，找出與之不吻合的邊界，盡可能的保證數(shù)字正射影像圖與原有地質(zhì)圖邊界線吻合。數(shù)字正射影像圖與原有地質(zhì)圖邊界線吻合程度越高，意味著獲取的數(shù)字正射影像圖其精度也就越高。與此同時(shí)，還可以結(jié)合有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)繪專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)自身豐富的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)字正射影像圖進(jìn)行特征提取，形成較為完整、清晰的測(cè)繪邊界線?？紤]到在獲取數(shù)字正射影像圖中，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)的偏離性誤差?？梢砸么髷?shù)據(jù)處理技術(shù)，對(duì)數(shù)字正射影像圖中的測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行偏離精準(zhǔn)度調(diào)試，通過(guò)動(dòng)態(tài)的調(diào)整，進(jìn)而滿足測(cè)繪過(guò)程中對(duì)于數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的需求。

1.3 測(cè)繪圖像處理

獲取數(shù)字正射影像圖后，還需要對(duì)測(cè)繪圖像進(jìn)行處理，從而努力達(dá)到測(cè)繪預(yù)期的效果。本文通過(guò)融合多項(xiàng)圖像處理技術(shù)，首先，針對(duì)上述收集的無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行相機(jī)自校驗(yàn)，從二維影像自動(dòng)恢復(fù)出場(chǎng)景三維點(diǎn)云模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪區(qū)域的區(qū)域性劃分。并將其按照覆蓋面積、嚴(yán)重程度，將整體信息劃分成三個(gè)等級(jí)，采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)中“測(cè)繪影像解釋”的方式，識(shí)別測(cè)繪區(qū)域的地質(zhì)類型，計(jì)算不同區(qū)域中地質(zhì)類型占比面積，持續(xù)對(duì)多個(gè)區(qū)域的具體情況進(jìn)行整體性評(píng)估，結(jié)合區(qū)域評(píng)估結(jié)果對(duì)測(cè)繪情況進(jìn)行評(píng)估[4]。根據(jù)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)具有一定“無(wú)人機(jī)數(shù)字低空”的特點(diǎn)，利用 SIFT 特征提取算子對(duì)每幅無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行特征點(diǎn)提取，能夠?qū)⑾鄬?duì)較低區(qū)域的數(shù)據(jù)刪除。而后，可以通過(guò)二次整理剩余的數(shù)據(jù)，利用基于 K-D 樹的近似最鄰近算法進(jìn)行粗匹配，對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)度的識(shí)別，將精準(zhǔn)度低于“0.1”的數(shù)據(jù)集刪除，采取邊緣模糊化處理的方式，圈定具體的位置，根據(jù)對(duì)地質(zhì)信息的識(shí)別，提取出有價(jià)值的測(cè)繪信息。在此基礎(chǔ)上，利用基于隨機(jī)抽取一致性框架的 8 點(diǎn)算法計(jì)算基本矩陣，剔除誤匹配點(diǎn)，并通過(guò)人工解讀判斷測(cè)繪工程測(cè)量信息的具體應(yīng)用，一方面為了提升數(shù)據(jù)在處理的準(zhǔn)確性，另一方面可為測(cè)繪提供基本測(cè)量數(shù)據(jù)信息。最后，在獲取上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的提煉，采用正向映射技術(shù)將校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行高程模型的成像，將數(shù)據(jù)進(jìn)行多次的對(duì)比后，去除邊緣模糊的數(shù)據(jù)，建立滿足對(duì)極幾何約束的精匹配特征點(diǎn)集，完成同名特征點(diǎn)匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪圖像處理。

1.4 測(cè)繪工程測(cè)量信息顯示與分析

基于上述處理的測(cè)繪圖像，下述將結(jié)合無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪工程測(cè)量信息的顯示與分析。測(cè)繪工程測(cè)量信息顯示與分析具體流程為：首先，重復(fù)校正測(cè)繪圖像的比例尺，形成對(duì)應(yīng)的DEM、熱紅外線等數(shù)據(jù)，為測(cè)繪工程測(cè)量信息顯示提供多元化的數(shù)據(jù)源。再通過(guò)全色數(shù)據(jù)的正射校正，對(duì)測(cè)繪工程測(cè)量影像信息進(jìn)行配準(zhǔn)。而后，將無(wú)人機(jī)影像的分辨率融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)影像的增強(qiáng)以及調(diào)色。最后，通過(guò)多景影像的鑲嵌，對(duì)附加信息進(jìn)行裝飾，完成測(cè)繪工程測(cè)量信息顯示。在測(cè)繪工程測(cè)量信息分析方面，可采用人工翻譯技術(shù)對(duì)進(jìn)行測(cè)繪工程測(cè)量信息進(jìn)行分類。其次，針對(duì)一些潛在的測(cè)繪工程測(cè)量信息進(jìn)行重點(diǎn)特征分析，通過(guò)對(duì)多元次測(cè)繪工程測(cè)量信息的有效識(shí)別，根據(jù)成像結(jié)果進(jìn)行類型的劃分，采用定位的方式分析圖像結(jié)果。至此，實(shí)現(xiàn)基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪，通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)為測(cè)繪工程中測(cè)量工作的順利進(jìn)行提供技術(shù)化指導(dǎo)。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文設(shè)計(jì)了如下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，整體實(shí)驗(yàn)均在同一礦區(qū)相同環(huán)境下進(jìn)行，針對(duì)測(cè)繪工程開展相應(yīng)的測(cè)量工作。在礦山內(nèi)布置了8 個(gè)控制點(diǎn)，其中五4 個(gè)控制點(diǎn)作為測(cè)繪精度配準(zhǔn)控制點(diǎn)，剩余的4 個(gè)控制點(diǎn)作為方法精度驗(yàn)證點(diǎn)。結(jié)合 1：1000、1：2000、1：5000 礦山地質(zhì)應(yīng)急測(cè)繪方法規(guī)程GB46265-2012，如表1 所示。

表1 礦山地質(zhì)應(yīng)急測(cè)繪精度（m）

結(jié)合表1 所示，對(duì)測(cè)繪工程測(cè)量測(cè)繪相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差進(jìn)行對(duì)比，設(shè)置本文基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)方法為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)方法為對(duì)照組。本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為測(cè)試兩種方法下的測(cè)繪相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差，并采集4 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)繪相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差越低證明該測(cè)量方法的測(cè)繪精度也就越高。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

結(jié)合上述對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)后收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。兩種方法下測(cè)繪相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差具體對(duì)比數(shù)值，如下表2 所示。

表2 測(cè)繪相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差對(duì)比結(jié)果

通過(guò)表2 可以得出結(jié)論：在地質(zhì)條件及外界因素相同的條件下，文章設(shè)計(jì)的方法測(cè)繪相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差明顯低于實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，其測(cè)繪精度更高，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)繪工程中的精準(zhǔn)測(cè)量。因此，可以證明文章設(shè)計(jì)的方法能夠滿足測(cè)繪工作的精度要求，有理由加大無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用，提升測(cè)繪工作的精準(zhǔn)程度。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)測(cè)繪工程中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用的分析，以實(shí)驗(yàn)的方式證明了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的實(shí)用性。由于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在測(cè)繪的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)即便遭受到外界環(huán)境的干擾，但外界干擾對(duì)無(wú)人機(jī)產(chǎn)生的具體影響較小，因此，本文不作多余贅述。通過(guò)以上研究，希望能夠?yàn)闇y(cè)繪工程提供一定程度上的參考與借鑒，并且加大無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的研究力度。在未來(lái)測(cè)繪工程方面的研究中，更好的應(yīng)用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，促進(jìn)測(cè)繪工程的可持續(xù)信息化發(fā)展。