無人機攝影測量技術的探索與應用研究

謝滕

濟寧正元勘測規(guī)劃有限公司，中國·山東 濟寧 272300

1 引言

與常規(guī)的測量設備相比，無人機攝影測量技術具有明顯的優(yōu)勢，可為中國的工程測量提供極大的便利。無人機攝影測量技術是一種響應快、成本低、精度高的航拍技術，是現(xiàn)代攝影測量不可或缺的工具。

2 低空無人機航空攝影測量的優(yōu)勢

無人機測量技術是在衛(wèi)星遙感與航空遙感后發(fā)展而來的新的低空測量技術，不僅適應環(huán)境能力強，測量范圍廣，而且測量效率高、測量精度高、測量成本相對較低?？梢杂行У貞糜谠S多領域。無人機測量技術不僅可以改變測繪方式，而且可以顯著提高工作質量，效率和安全性，為中國的發(fā)展作出貢獻[1]?，F(xiàn)階段常用的無人機有垂直尾翼無人機、倒尾無人機、雙機無人機等。數(shù)碼相機在無人機攝影測量技術中發(fā)揮著重要作用，主要使用佳能、尼康、Phase One、索尼等數(shù)碼相機品牌。綜合而言，無人機攝影測量技術主要有以下優(yōu)勢。

2.1 方便起降

無人機可采用滑翔、彈射、降落傘著陸等各類起降技術，且對場地要求低無需機場起降、機場協(xié)調等一系列設施的配合。對起飛和降落場地的要求較低，通常平坦的草地或具有良好凈空的道路都可以滿足相關要求。無人機運輸便捷，該系統(tǒng)集成度高，只需裝載到通用車輛上，即可通過鐵路或航空運輸，方便在不同地點執(zhí)行工作任務。在開展測量工作時，能夠快速響應低空無人機，是利用遙感進行應急測繪的可靠保障。低空無人機具有機身輕、運輸靈活、越野素質好、起降場地要求低、起降方式多樣等特點。具有安裝、調試、啟動快等諸多優(yōu)點，得到了廣大用戶的滿意和廣泛使用。特別是在高山、地形困難、起降客觀條件差、飛機航拍使用困難的情況下，無人機低空使用可以快速、高精度、高清晰地獲得新的圖像數(shù)據(jù)。

2.2 測量效果好

可以獲得高保真、高分辨率的圖像可以低空作業(yè)、云下攝影測量，并提供全面直觀的結果。使用低空無人機進行航空攝影測量使用合適的軟件可以快速完成空三、DEM、DOM和DIG 的制作[2]。整個項目區(qū)域的地理空間信息得到清晰反映，項目現(xiàn)場的情況可以通過無線通信技術直接轉移到辦公室，可以使管理人員和決策者在千里之外制定策略。此外，無人機在低空航拍的測量方法在技術和科學理論方面是先進的。經過驗證的準確度指標項目完全符合規(guī)范要求；航空攝影測量是在現(xiàn)場實時進行的，關鍵點的三維坐標與傳統(tǒng)勘測不同，不需要進行局部內業(yè)加密，這一特點使測繪產品更貼近實際，精度更均勻穩(wěn)定。

2.3 測量效率高、成本低

無人機航拍不受地形影響，可以進入各種類型的區(qū)域進行拍攝。無論是森林、高原還是水域，都可以攝影測量。數(shù)據(jù)全面準確，有效拍攝時間長，可高效執(zhí)行任務。與傳統(tǒng)的測量方法相比，在同一測量項目中使用無人機進行低空航空測量所花費的時間，勞動力和財務資源顯著減少，尤其是現(xiàn)場工作量顯著減少，這使測量制圖減少了大量的體力勞動。此外，整個系統(tǒng)的維護和維修成本低，運行成本低于傳統(tǒng)航空測量。例如，無人機攝影測量技術在自然災害中可第一時間接收高清圖像數(shù)據(jù)，方便救災隊伍的規(guī)劃設計、災區(qū)評估和災后重建。

3 無人機攝影測量技術應用探索

3.1 無人機攝影測量區(qū)域選擇

區(qū)域的確定是無人機攝影技術應用的主要環(huán)節(jié)。測量員必須選擇一個有代表性的邊界點，使用GPS 設備測量邊界點的經緯度，然后使用谷歌軟件顯示測量數(shù)據(jù)。根據(jù)測量數(shù)據(jù)作為進一步測量的參考點。在實際測量一個項目時，單個項目的實際測量范圍很小。當實際測量面積較大時，會給后續(xù)測量帶來一定的不便，使后續(xù)測量復雜化，無法有效提高經濟效益。針對這一問題，測量員必須將相鄰區(qū)域的內容合二為一。在測量區(qū)域擴大的情況下，所有的測量任務只能進行一次保證測量數(shù)據(jù)的完整性[3]，具體介紹如下。

3.1.1 路線設計

航段設計是構建無人機攝影測量技術路線的主要方法。設計路線時，需要確定8 個平臺高點的位置。將航線范圍控制在航程的1/8 以內，可以有效避免區(qū)域差異過大。每個測量區(qū)域與其他區(qū)域重疊，以方便后續(xù)測量。

3.1.2 地形選擇

植被稀少或完全沒有植被的地區(qū)優(yōu)先測量。攝影測量應盡量避開環(huán)境條件惡劣的地區(qū)，根據(jù)攝影地形的差異，選擇合適的太陽高度角。

3.1.3 協(xié)調拍攝

由于無人機的特性，執(zhí)行長期測量任務是不現(xiàn)實的。通常情況下，一個工程項目需要多架無人機協(xié)同工作才能完成航拍任務。因此，人員需要在測量前進行全面的無人機性能檢查，確保每架無人機的線路不受損壞，并根據(jù)實際測量情況科學規(guī)劃測量線路。多架無人機協(xié)同工作，可以保證拍攝的完整性，大大提高了拍攝效率。

但在使用多架無人機聯(lián)合拍攝時，應注意避免因時差導致拍攝區(qū)域不完整。

3.2 無人機攝影測量控制點布置與區(qū)域網絡

起點和采集點最好是C 級和D 級，將網絡RTK 系統(tǒng)接到接收機上，然后進行測量工作。網絡RTK 流動站的運行有一定的具體要求，必須在CORS 框架內進行，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在測量某些參數(shù)時，可以使用流動站設置模式來保證測量數(shù)據(jù)的準確性。正常情況下，測量次數(shù)至少為2 次，每次測量時必須嚴格核對相應內容。比如在工程勘測中，無人機攝影測量技術的應用中，勘察區(qū)域控制網絡的建立是必不可少的環(huán)節(jié)。參與工程勘察的人員需要積極構建勘察區(qū)域的控制網絡。所謂區(qū)域控制網，就是在勘察區(qū)域內建立特定的勘察控制點，構建空氣三角均衡網絡。在測區(qū)控制網中，需要利用控制點來測量實際工程情況。空三加密可直接用于測量定向攝影控制點的平面位置和高度。測量區(qū)域控制網絡的位置可以為后續(xù)的indoo 加密提供方便的控制點。目前，無人機攝影測量技術在實際大地測繪作業(yè)中所需要的照片外的控制點和方位元素，可以為4D 產品的制作提供數(shù)據(jù)支持。此外，在測區(qū)控制網中建立了統(tǒng)一的坐標系，可以計算出地面上某一點的對應坐標。

3.3 外控點現(xiàn)場檢查測量

無人機攝影測量和工程勘測需要密切合作。通過協(xié)作，他們可以確保調查完整，調查數(shù)據(jù)準確。對于涉及工程的人員，需要科學、智能地設置圖像控制點。在設置影像控制點時，測量員必須結合測量現(xiàn)場的實際情況，按照規(guī)劃流程，確保影像控制點的合理性。立體建模是工程測量中一項特別重要的任務。在執(zhí)行此任務時，人員需要結合外部控制點的實際情況，考慮外部控制點位置的合理性。

3.4 無人機攝影數(shù)據(jù)處理

3.4.1 調整比例

影像畸變差是測量相機坐標必須使用的工具。這種測量方法與圖像坐標有很大不同。主點坐標、非對稱參數(shù)、對稱參數(shù)和比例因子是無人機照片數(shù)據(jù)中的常見參數(shù)。

3.4.2 DEM 數(shù)據(jù)的協(xié)調

DEM 數(shù)據(jù)是指高程內容，可以使用投影完成操作。目前最常用的軟件是PG 軟件。使用該軟件，可以執(zhí)行數(shù)據(jù)收集以實現(xiàn)DEM 數(shù)據(jù)匹配。

3.4.3 空三加密

如果使用空中三角測量進行數(shù)據(jù)處理，則數(shù)據(jù)處理需要圖像捕獲、內部定向和連接點創(chuàng)建方法。在這種數(shù)據(jù)處理方法中，可以生成適當?shù)馁|量報告。隨后，根據(jù)結果數(shù)據(jù)，完全還原原始模型，或者根據(jù)地面實際情況，采用多層次數(shù)據(jù)采集的方法，得到數(shù)字正射影像圖。

4 結語

無人機攝影測量技術涵蓋了各個領域，尤其是在工程勘測中。在使用該技術時，必須嚴格按照既定流程進行，更好地體現(xiàn)無人機攝影測量技術的優(yōu)勢，為中國大地測量技術的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。