無人機攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用

羅才清，張凡鋒

（江西有色地質(zhì)勘查四隊，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

無人機傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用不但較好地解決了普通航攝精度不足的問題，而且實現(xiàn)了對地物頂部和側(cè)立面的建模和紋理采集，在大范圍三維建模方面表現(xiàn)出了卓越的能力。能夠適應(yīng)于小面積或大范圍攝影測量作業(yè)，可獲得實景三維模型、正射影像、數(shù)字高程模型和高精度大比例尺地形圖等成果[1]。

1 無人機攝影測量在技術(shù)上的優(yōu)勢

1.1 影像分辨率更高

將無人機應(yīng)用在低空地區(qū)的地籍圖測繪工作中，能夠充分將影像資料獲取到的數(shù)據(jù)進行整合處理，而且該類處理工作不會對攝取工作產(chǎn)生不利的影響，還可以提高圖像的分辨率更高。同時，利用無人機航拍攝影技術(shù)，使原本存在于地面的高層建筑對成像的獲取并沒有太大影響，可以大大減少負干擾因子。此外，通過無人機航拍攝影技術(shù)的運用，可以從不同角度拍攝建筑物的圖案，擴大了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。

1.2 更加簡單的攝影操作

無人機攝影測量技術(shù)相較于其他的地籍測繪技術(shù)來說，不需要測量人員具備特別高的專業(yè)技術(shù)水平，因為無人機攝影系統(tǒng)具有容易操控的優(yōu)點，因此只要熟練掌握操控的人群都可以從事這項工作。另外，在地籍測繪工作中使用無人機攝像技術(shù)相較于傳統(tǒng)的人工地籍測繪而言，可以大大降低人工成本以及其他的一些工程支出。而且無人機設(shè)備以及系統(tǒng)維護一般具有完善的售后技術(shù)服務(wù)支持，不具有簡單高效的特點。正是由于無人機操作簡單、售后完善的特點，可以有效降低測繪人員的工作強度，避免了人為因素導(dǎo)致的測量問題。

1.3 具有更強靈活機動性

主要體現(xiàn)在3 個方面。①無人機內(nèi)裝有高精度數(shù)碼攝像設(shè)備，可從垂直、傾斜2 個方向拍攝測量區(qū)域，且升降不需要在專業(yè)區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)。②無人機可在預(yù)設(shè)的飛機航線的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)自動分型。③可一次設(shè)置多個地形測量航拍點，全面采集航拍點的數(shù)據(jù)，并及時上傳相應(yīng)的地形情況，實現(xiàn)高效工作。

1.4 地籍測繪工作更安全

在使用無人機進行攝像測量過程中，直接由操作員在地面遠程遙控，大大加強了測繪工作的安全系數(shù)。并且這項技術(shù)的使用方式非常靈活使用過程中，可以有效避免各種外界因素的影響，保證測量精度不會降低。在實際的操作過程中，不管是自然環(huán)境還是溫度氣候因素，都不會因此而出現(xiàn)測量結(jié)果誤差過大的問題。在地籍測繪工作比較危險的山區(qū)或者高空作業(yè)，使用無人機攝影測量技術(shù)都能夠大大方便測繪工作，可以出色地完成高質(zhì)量測量任務(wù)[2]。

2 無人機應(yīng)用于地形測量的可行性

無人機攝影技術(shù)在地形調(diào)查中被廣泛使用，為了有效地提高區(qū)域調(diào)查的效率，必須充分發(fā)揮出無人機的優(yōu)越性能。無人機的遙感系統(tǒng)在地形調(diào)查過程中有很多優(yōu)點：

（1）使用高分辨率和多角度圖像進行測量。無人機配備有具有傾斜和垂直照片技術(shù)水平的高精度數(shù)字成像設(shè)備。除垂直照片以外，還可以通過低高度飛行、多角度攝影獲得多平面圖像，有效解決高層建筑的阻塞問題。在這方面，衛(wèi)星和遙感技術(shù)是無法比擬的。

（2）操縱靈活性。無人機具有很強的靈活性，而且起飛時間短、操作成本低、操作系統(tǒng)簡單，因此能夠有效提高無人機使用頻率。與有人飛機相比，飛行中的無人飛機可以按照預(yù)先設(shè)定的路線完成飛行，飛行時比較穩(wěn)定。一般來說，無人機可以運送5kg 的燃料，可以連續(xù)在空中飛行1600km，而且可以停留16h 以上。同時，由于無人機可以立即上傳新的重點，因此可以避免飛機著陸后再次輸入數(shù)據(jù)[3]。

（3）數(shù)據(jù)處理成本低。與載人航天飛機相比，一般巡航直升機的價格是無人機飛行平臺和控制系統(tǒng)總價格的5 倍。而且，無人機的控制人員想取得飛行許可證非常簡單，工作起來非常節(jié)約時間。無人機機身材料輕便，是高強度輕量碳纖維復(fù)合材料，維修起來非常方便。無人機圖像處理裝置也具有良好的兼容性，數(shù)據(jù)處理中的硬件結(jié)構(gòu)不高，所以成本非常低。

3 無人機攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的實際應(yīng)用

無人機傾斜攝影測量在礦山測繪實際應(yīng)用中，為提升數(shù)據(jù)精度與可靠性，往往要布設(shè)一定數(shù)量的地面控制點，通過將外業(yè)采集的航飛影像與地面控制點標定，進行空三加密處理，然后將生產(chǎn)的DOM（數(shù)字正射影像）與DEM（數(shù)字高程模型）進行內(nèi)業(yè)制圖與外業(yè)調(diào)繪修正，基本流程如下。

3.1 地面控制測量

地面控制測量主要依賴于像片控制測量，是提高無人機傾斜攝影測量精度的有效措施。像片控制測量中最重要的環(huán)節(jié)就是像控點的布設(shè)，像控點布設(shè)不合理，可顯著的降低影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在后期數(shù)據(jù)處理過程中空中三角加密測量過程中，雖然像控點密度對空中三角加密測量有一定的影響，但空中三角加密測量質(zhì)量與完全依賴于像控點的布設(shè)密度，而與測繪區(qū)域的地形地貌變化幅度等關(guān)系較為密切。因此，為了提高無人機傾斜攝影測量工作效率以及影像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，一般在地形變化幅度小的區(qū)域（如平原地區(qū)等）可適當(dāng)?shù)慕档拖窨攸c布設(shè)密度，而在地形變化幅度較大的區(qū)域（高山峽谷地貌）可適當(dāng)增大像控點布設(shè)密度?？傮w上，像控點的布設(shè)應(yīng)注意以下幾點：①像控點一般布設(shè)在容易識別的地物地貌上，即所布設(shè)的像控點必須是唯一的，不存在爭議的，一般布設(shè)在地形變化較小的山頭、田角等部位；②位于測繪區(qū)域范圍以外的像控點的目的在于控制測量整個測繪區(qū)域；對于位于圖幅邊部的像控點一般布設(shè)在圖框輪廓線以外；③位于航線兩側(cè)的像控點，一般布設(shè)在左右偏離半徑小于半條基線長度的范圍內(nèi)；④植被發(fā)育的區(qū)域以及建筑物密布區(qū)域不易作為像控點的布設(shè)位置，上述部位因遮擋問題導(dǎo)致測量難度增高，甚至無法獲得準確的地理位置；⑤像控點布設(shè)位置應(yīng)盡可能避開大面積水域或者大功率敷設(shè)區(qū)域；⑥像控點一般布設(shè)在交通條件好和便于保存的位置，以便于后期控制測量使用[4]。

3.2 攝影控制點測量與布置工作

需要確定好無人機拍攝固定點位的攝像控制點，并且需要使成像位置的地面位置足夠慢。一方面，為了控制成像點，必須保證控制點周圍運輸系統(tǒng)的暢通，保證電磁點與強電磁輻射源之間的標準安全距離，保證無人機成像點與強磁源位置設(shè)置5°以上的重疊。另一方面，需要在某一地點的測試點周圍安裝適當(dāng)?shù)膮^(qū)域網(wǎng)以輔助拍攝，并在具體的導(dǎo)航區(qū)域和拍攝過程中準確有效地安裝控制點，攝影控制點沿航向正向布置，相鄰兩個成像控制點之間需要保持200m 的間隔。如果設(shè)置了點，需將其設(shè)置于相對寬松的位置，并使用彩色繪制來顯示點的特定位置。為了保證點的空間位置到特定位置的映射，需要借助網(wǎng)絡(luò)RTK 對不同映射點提取的像素點進行反復(fù)測量，最終得到的土地映射參數(shù)值小于平均值。

3.3 對DLG 精確度進行優(yōu)化

在地籍測繪工作中使用無人機攝影測量技術(shù)，首先要完成的工作是有效收集外業(yè)作業(yè)點，保證其具備相關(guān)的測繪特征。在進行地籍測繪期間，地籍測繪工作站內(nèi)部應(yīng)該積極引進此類外業(yè)點，然后使用立體模型對數(shù)據(jù)進行處理工作。這樣可以有利于將地面物質(zhì)與攝像點位兩者之間存在內(nèi)在的聯(lián)系更好的展現(xiàn)出來，以方便測繪人員進行觀測，為后續(xù)地籍測繪工程的進行測繪數(shù)值計算提高精確度打好基礎(chǔ)，從而有效降低計算誤差。完成這些工作之后就可以進行DLG 的無人機攝影測量工作，在測量過程中一定要將控制光標切準相應(yīng)的誤差，將誤差的標準控制在8cm 以內(nèi)，提升地籍測繪圖像的定位精準度。

3.4 空中三角加密處理

一般來說礦山地形變化較大，植被發(fā)育差異明顯。因此，造成無人機傾斜攝影過程中所獲影像數(shù)據(jù)中不可避免的存在拍攝“漏洞”，即所獲影像數(shù)據(jù)中存在一定數(shù)量的“留白”，該部位的攝影質(zhì)量是無法達到1：1000 大比例尺地形圖測量的基本要求。此時，需要對影像數(shù)據(jù)進行空中三角加密處理，利用航拍過程中無人機搭載的定位系統(tǒng)自動存儲的POS 數(shù)據(jù)中包含的方位元素對遮擋區(qū)域進行預(yù)測，可以有效的密布因遮擋等造成影像數(shù)據(jù)中的“留白”問題，顯著的提高影像數(shù)據(jù)的精度。在完成空中三角加密處理后，可以獲得測繪區(qū)域的加密校正成果等產(chǎn)品，可進一步生成DOM、DEM、DSM 等產(chǎn)品。

3.5 三維測圖

利用實景三維測圖軟件DP-Modeler 完成地形圖測繪，傾斜攝影三維模型實現(xiàn)所見即所得的觀測，采集過程中無需佩戴立體眼鏡，直接對地物特征輪廓、點狀地物進行矢量測繪，在真三維環(huán)境中完成屋檐改正、樓層判讀、部件等地物要素和地形要素采集。對于小部分遮擋及未能確認屬性等內(nèi)容進行了外業(yè)調(diào)繪和補測[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，精度是地形測繪圖的靈魂，無論采用哪種設(shè)備、哪種測量方式進行地形測繪，都要將精度作為第一關(guān)注點。無人機航空攝影測量是先進的測繪方式，本身就具有很好的可靠性，主要包括像控點布設(shè)、空三測量、數(shù)字化測繪、外業(yè)補測等多個應(yīng)用流程，同時也包括不同測量誤差，有些誤差可通過一定的數(shù)理公式進行糾正，有些誤差則需要依靠測繪人員的謹慎操作進行控制。具體施工過程中，測繪人員要合理、正確應(yīng)用無人機航空攝影測量技術(shù)，并科學(xué)糾正誤差，嚴格謹慎操作，以此來提高地形測繪圖的精度。