無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用與實踐

李 娟

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

在我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時代背景下，各個行業(yè)相繼增加了對地形圖的需求。傳統(tǒng)的地形測量中主要采用全站儀、經(jīng)緯儀等，還有近些年興起的GPS、RTK來進(jìn)行野外數(shù)字測圖。這種傳統(tǒng)的地形測量方式前期投入人員相對較多，工作效率低下。在實地測量過程中還面臨著許多困難，比如有些山區(qū)GPS無信號等。因而借助無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)能夠充分利用其速度快，成本低，效率高，精度高等諸多優(yōu)勢，全面提升中小區(qū)域地形測量的質(zhì)量。

1 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)概述

無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)是在傳統(tǒng)航空攝影測量的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的一種新型技術(shù)。其中集成了遙控遙測技術(shù)，高空拍攝，視頻影像傳輸及處理等一系列的技術(shù)，主要是由航拍設(shè)備，機(jī)載雷達(dá)，紅外傳感器組成的無人機(jī)，由飛行控制軟件，航線設(shè)計軟件等構(gòu)成的地面控制站，其中還包括了機(jī)載處理系統(tǒng)以及地面處理系統(tǒng)等相關(guān)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。而在實際的操作過程當(dāng)中，飛行平臺是以無人機(jī)作為基礎(chǔ)，其中搭載了專業(yè)的數(shù)字航測設(shè)備來進(jìn)行拍攝和記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息[1]。在無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的實際應(yīng)用中，主要是借助航空技術(shù)，設(shè)計航空攝影，數(shù)據(jù)采集，外業(yè)調(diào)繪等諸多步驟來實現(xiàn)無人機(jī)航空攝影測量的控制工作。與傳統(tǒng)的地形測量技術(shù)相比，無人機(jī)航測系統(tǒng)具有機(jī)動靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、生產(chǎn)周期短等特點。在后期可以通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行加工，結(jié)合國家的相關(guān)規(guī)定和航測標(biāo)準(zhǔn)制做各種比例尺地形圖。

2 無人機(jī)航空測量技術(shù)的應(yīng)用實例

2.1 測區(qū)概況

測區(qū)地處青藏高原的東北端，甘、青、川三省交界處，東連卓尼縣，南靠碌曲縣，西接夏河縣，北臨臨夏州和政、臨夏縣。平均海拔2960m，年均氣溫1.7℃，結(jié)合測區(qū)1:500大比例尺地形圖航測項目，對無人機(jī)航測技術(shù)在外業(yè)實際作業(yè)中的應(yīng)用做了具體闡述。

2.2 無人機(jī)航空攝影

綜合考慮到本次測繪地區(qū)地形起伏較大，氣候不穩(wěn)定等綜合因素的影響，在本次無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用中采用工作效率高，數(shù)據(jù)效果好的CW-10小型固定翼無人機(jī)來完成相應(yīng)的航測工作。這次作業(yè)使用CW-10搭載總像素1.2億的五拼相機(jī)進(jìn)行原始影像獲取，使用差分GPS方式獲取影像外方位元素，完成三維建模和立體測圖。CW-10搭載五拼相機(jī)，只需一條S形航線即能覆蓋被拍攝物體所有外表面，一次航飛同時獲得傾斜與正攝兩套完整數(shù)據(jù)，相機(jī)成像質(zhì)量有保證，成圖三維效果好。為了全面提高本次航測結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低成本，在本次任務(wù)執(zhí)行過程中，分4個不同架次拍攝，無人機(jī)將飛行共計8條不同航線，實際航飛面積控制在5.5km2。為了提高地形測量的精度，在測區(qū)共拍攝了452張無其他遮擋，圖片色彩清晰，圖片色調(diào)正常且沒有明顯反差的不同航空影像。

2.3 像片控制測量

為了提升所獲取相片的質(zhì)量，在本項目開展過程中，通過區(qū)域網(wǎng)布設(shè)像控點。同時，在無人機(jī)航空攝影測量工作開展的前期結(jié)合地形條件和氣候條件以及飛行架次將整個測量區(qū)域劃分為多個網(wǎng)區(qū)。為了保障各測區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)都能夠準(zhǔn)確的獲取，在實際的測量過程當(dāng)中還需要部署相應(yīng)的平高控制點，保障每一對像控點能夠分布在標(biāo)準(zhǔn)點[2]。在區(qū)域網(wǎng)的凹凸角增加平高點，適當(dāng)調(diào)整其測量的范圍，從而提高測量的精度。在測量過程當(dāng)中考慮到測區(qū)地形因素對測量結(jié)果的影響，除了實現(xiàn)像控點的聯(lián)測之外，還需要結(jié)合若干網(wǎng)區(qū)的地形狀況來測定高程控制點，以此提升像片控制測量的質(zhì)量。

2.4 空中三角測量

空中三角測量主要是利用專業(yè)的航測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理工作。航測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在實際使用中不需要人工干預(yù)，同時能夠完成內(nèi)定向，相對定向，構(gòu)建區(qū)域網(wǎng)，連接模型，加密點成果處理等一系列的步驟。該軟件最大的優(yōu)勢在于速度更快，精度更高等優(yōu)勢，能夠有效提高測量的精度和質(zhì)量，同時能夠滿足基本的測繪需求，以保障測量結(jié)果的真實有效性。在具體的實踐操作過程中，該軟件系統(tǒng)能夠基于影像的內(nèi)容實現(xiàn)自動空三計算原始影像的相關(guān)參數(shù)和具體位置。在原始數(shù)據(jù)處理的過程中，能夠結(jié)合獨特的區(qū)域網(wǎng)平差優(yōu)化技術(shù)，得到相應(yīng)的空中三角測量成果。

2.5 數(shù)據(jù)采集

在本次地形測量中主要是通過無人機(jī)航拍攝影測量技術(shù)來實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集工作。為了提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，且能夠保障所采集到的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映若干區(qū)域網(wǎng)真實的位置信息和數(shù)據(jù)信息，在測量過程中選MapMatrix這一新型的數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)來采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)采集中采用所見即所得這一方式理念來獲取數(shù)據(jù)信息，通過相應(yīng)的立體模型來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的全要素采集。而在數(shù)據(jù)處理和分析的過程當(dāng)中，主要是借助相應(yīng)的立體模型，數(shù)字線劃圖和數(shù)字正射影像來制作相應(yīng)的數(shù)字產(chǎn)品，從而達(dá)到最終的區(qū)域測量目標(biāo)。

2.6 外業(yè)調(diào)繪

與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，無人機(jī)航拍測量技術(shù)的工作效率更高，但在實際的操作過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)由于受到地形氣候等眾多客觀因素的影響，難以進(jìn)行全面的采集地形信息。而為了全面提升地形測量的精度和準(zhǔn)確度，在實際的測量過程當(dāng)中，還可以通過外業(yè)補(bǔ)測和外業(yè)調(diào)繪等相關(guān)工作以加強(qiáng)無人機(jī)測繪結(jié)果的校驗。因而在實際操作過程中，需要相應(yīng)的工作人員能夠明確測量的難點和困境，在實際的測量過程當(dāng)中能夠準(zhǔn)確找到高隱蔽性區(qū)域，進(jìn)行人工外業(yè)補(bǔ)測，從而保證測區(qū)內(nèi)測量的精度，全面提升無人機(jī)航拍測量的整體成效[3]。作業(yè)人員可以根據(jù)回放來調(diào)取信息圖，明確存在問題的區(qū)域，采取積極的措施進(jìn)行補(bǔ)測和修測。而在修正的過程中還需要以內(nèi)業(yè)測圖為基礎(chǔ)，及時的校驗，不斷更新數(shù)據(jù)信息和地理信息。

3 結(jié)語

總之，在我國地形測繪工作開展的過程中，借助無人機(jī)航拍攝影技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)測繪技術(shù)方面的革新。同時，充分利用無人機(jī)航拍攝影技術(shù)的優(yōu)勢，以全面加強(qiáng)地形信息的獲取和處理，為地區(qū)的城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息作為保障。這就需要地形測繪人員了解無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢和內(nèi)涵，不斷創(chuàng)新測繪的形式，實現(xiàn)測繪活動的自動化，智能化，推動我國無人機(jī)航測領(lǐng)域的發(fā)展。