無人機航空攝影測量在地形測繪中的應用

祝侃 劉愛民 程真

作者簡介：祝侃（1967.12-），男，廣東深圳人，本科，主要從事測繪項目管理工作。

摘?要： 近幾年測繪行業(yè)飛速發(fā)展，測繪人員的內、外業(yè)作業(yè)模式也正在發(fā)生巨大變化。在測繪領域中，野外地形地貌測量、建筑立面測量等外業(yè)作業(yè)已經(jīng)由無人機航拍測量全面代替人工作業(yè);目前，無人機航測技術已經(jīng)成為工程測量行業(yè)的主流，也是未來的測繪行業(yè)發(fā)展趨勢。

關鍵詞： 航空攝影;多旋翼無人機;地形圖

【中圖分類號】P231.5?【文獻標識碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.41.047

近幾年，在國家的政策號召下，農(nóng)村向城市化轉型在加速，在城鄉(xiāng)發(fā)展建設過程中，城鄉(xiāng)地區(qū)的測繪業(yè)務大部分為滿足工程設計、可研等建設項目對原始地形地貌的需求，一般體量較大，依賴人工測量已經(jīng)完全無法滿足業(yè)主對工期，質量等方面的要求。使用無人機航拍測量，是解決大面積、地勢險峻復雜等地區(qū)測繪作業(yè)、短期內按時按量完成的唯一途徑。因此，建設過程中測繪專業(yè)對無人機的需求越來越大。

1?多旋翼無人機航空攝影測量

1.1?航空攝影測量簡述

航空攝影測量指的是在飛機上用航攝儀對地面連續(xù)攝取相片，結合地面控制點測量、調繪和立體測繪等步驟，繪制出地形圖的作業(yè)。航空攝影測量的作業(yè)分外業(yè)和內業(yè)。外業(yè)工作包括控制點測量和對地物進行調繪;內業(yè)包括空中三角加密測量、正射糾正、測圖等工作。

1.2?多旋翼無人機攝影測量技術原理

多旋翼無人機航空攝影測量是通過無人機低空攝影獲取獲取高清晰影像生成三維點云與模型，并結合無人機定位信息、相機姿態(tài)信息，獲得地形、地面物體等三維坐標值。實現(xiàn)地理信息的快速獲取。效率高、成本低，數(shù)據(jù)準確，操作靈活，可以滿足測繪行業(yè)的不同需求。大大節(jié)省了測繪人員野外測繪的工作量。

1.3?多旋翼無人機攝影測量技術特點和性價比

多旋翼無人機起降靈活可空中懸停的特點，讓它相較于固定翼無人機可以近距離多角度采集拍攝物信息，生成高精度三維模型。例如某新型無人機，具備厘米級導航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，可在距離物體100米高度，達到5厘米的平面建圖水平絕對精度，如果距離更近可達到更高精度的模型數(shù)據(jù)。多旋翼無人機航測突破了傳統(tǒng)航測制大比例地形圖的精度限制，將測繪成果的精度，由分米級提高至厘米級。高精度的信息可以讓我們在圖上自主測量按需測繪。無人機操作簡單、可靠廉價，促進了攝影測量平民化發(fā)展，對于傳統(tǒng)工程測量單位，攝影測量解決方案能讓測量人員更高效的完成外業(yè)采集工作，讓測繪工作的效率大幅度提高、成本大幅度降低。

2?具體應用

2.1?工程實例

以某縣區(qū)農(nóng)村污水收集管網(wǎng)項目為例，該項目總規(guī)模為1400多個村莊，需要在較短的工期內完成1：1000地形圖測繪。在該項目所覆蓋區(qū)域內，絕大部分地區(qū)地形情況以平坦地為主，村莊內基本都以水泥地、水泥路為主，但是村莊數(shù)量較大，地點均較分散。為滿足項目設計的需求和短期作業(yè)熱點，用1：1000比例尺進行地形圖測量，提交最終線劃圖成果并附DOM正射影像資料，既能滿足設計方對地形圖的要求，又減少設計人員現(xiàn)場踏勘次數(shù)，提高雙方工作效率。

在項目現(xiàn)場測量工作中，為保證工作質量與計劃順利圓滿完成，采取新型大疆精靈4RTK無人機。本項目飛行高度基本統(tǒng)一航高120米，獲取影像面積約210平方公里，空三加密過程是由PIX4d軟件完成，最后使用EPS2016軟件進行立體測圖。在無人機航攝過程中，搭載了高精度RTK定位坐標模塊和姿態(tài)數(shù)據(jù)，保障測繪數(shù)據(jù)的真實性和準確性。

2.2?像控測量與空中三角加密測量

空中三角加密測量是航測成圖過程中最重要一步，為了順利走完空三加密這一步驟，必須保證以下3點：（1）前期數(shù)據(jù)準備要完整，相片數(shù)據(jù)使用前先做好檢查工作，避免數(shù)據(jù)缺失、遺漏等故障，保障數(shù)據(jù)的完整性、格式的正確性。另外，以文件命名方式分類整理好航拍相片數(shù)據(jù)、像控點坐標數(shù)據(jù)文件等，方便操作使用。（2）畸變校正。在平時操作無人機航拍攝影過程中，由于天氣、光線、地貌特點等情況，在相片數(shù)據(jù)獲取時可能存在畸變差。所以在處理過程中必須要做畸變校正處理。（3）注意對測區(qū)范圍內的高程數(shù)據(jù)的復查，在此過程中，要依據(jù)相應的處理標準與要求，將經(jīng)過畸變校正的影像加以結合，實現(xiàn)自動內定向處理，避免在航測過程中出現(xiàn)測量粗差。

2.3?DOM工藝

在現(xiàn)代化地形圖測繪成圖過程中，多旋翼無人機航空攝影測量發(fā)揮越來越重要的作用。在經(jīng)過生成DOM處理后，能夠將所拍攝的相片影像資料等實現(xiàn)數(shù)字化處理，并且可以實現(xiàn)在數(shù)字影像模型上進行重新測量、重新采集數(shù)據(jù)等操作，有效的避免了因不確定性因素所造成的測量誤差，更好的保障了影像的精度和地形圖的高程精度。在DOM工藝下，能夠讓測量人員以及相關設計人員更加直觀的了解測量范圍內實際地形情況與變化情況。

2.4?DLG生產(chǎn)及外業(yè)作業(yè)

DLG即數(shù)字線劃地形圖，是通過在使用DOM的數(shù)據(jù)基礎上進行地形地貌情況的繪制，采集相應的地物信息，手繪房屋、等高線、水涯線等信息將數(shù)字化影像轉變?yōu)榫€劃圖的過程。因此地形圖的測繪質量受航空攝影測量外業(yè)及DOM工藝的影響。此外，在進行數(shù)字測圖之后，為了保障地形圖的質量和精度，測繪人員后續(xù)需加強對數(shù)據(jù)的準確性進行分析和處理，還要進行現(xiàn)場調繪抽查，進行數(shù)據(jù)對比以保證地形圖的準確性可靠性。

3?結束語

總而言之，多旋翼無人機航空攝影測量技術在現(xiàn)代化地形圖測繪領域中應用越來越廣泛，特別是在城鄉(xiāng)建設過程中，給項目前期規(guī)劃設計提供基礎資料在時效上提供了較大大的幫助。在工程應用中，對新型測繪技術的應用需求越來越廣泛，并具有一定的技術優(yōu)勢，新技術的應用能夠提升地形測繪的精確性和可靠性、直觀性。

參考文獻

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