基于無人機(jī)攝影測(cè)量在地形測(cè)量中的應(yīng)用

王斌

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)在地形的測(cè)量測(cè)繪工作有著廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前已經(jīng)成為地形測(cè)量與測(cè)繪工作的最主要手段。無人機(jī)是當(dāng)今社會(huì)重要的科技產(chǎn)品，近年來在我國(guó)的發(fā)展十分迅猛，已經(jīng)有很多無人機(jī)公司為我國(guó)制造出技術(shù)水平一流的先進(jìn)無人機(jī)。無人機(jī)技術(shù)的重要應(yīng)用是偵測(cè)技術(shù)，在民用與軍工領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，對(duì)于民用無人機(jī)，其主要應(yīng)用于對(duì)地形的測(cè)量與測(cè)繪工作。本文通過對(duì)無人機(jī)測(cè)量技術(shù)的介紹，并以實(shí)際案例分析其攝影測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：攝影與測(cè)繪;無人飛機(jī);航空攝影;地形測(cè)量

無人機(jī)即無人駕駛的飛機(jī)，其安裝了高識(shí)別率的攝像頭裝置，可以準(zhǔn)確的偵測(cè)、測(cè)量、測(cè)繪地形與地貌，在地形的測(cè)量工作中，其準(zhǔn)確度、安全性是人工測(cè)繪無法比擬的，無人機(jī)的測(cè)量技術(shù)解放了人們的測(cè)繪工作，提高了地形測(cè)繪的工作效率，并且無人機(jī)可以適應(yīng)各種環(huán)境，不受氣候、地理?xiàng)l件的影響，為測(cè)繪工作的安全、效率提供了保障。無人機(jī)攝影測(cè)量的特點(diǎn)，滿足了地形測(cè)繪工作的需求，其未來發(fā)展空間廣闊，為地形的測(cè)量與測(cè)繪工作翻開新的一頁。

1.無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)概述

1.1無人機(jī)航空測(cè)繪原理

為了能夠有效地分析以及探索無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，相關(guān)人員首先需要對(duì)無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的原理進(jìn)行明確以及了解，在實(shí)際的無人機(jī)測(cè)繪過程中，大部分的技術(shù)原理都是依靠于中心投影的投射變換技術(shù)以及投影幾何反轉(zhuǎn)原理。投射變換技術(shù)是一種應(yīng)用于航空攝影的技術(shù)，該技術(shù)主要的目的就是為了能夠讓單相片攝影得到良好的處理，而投影幾何反轉(zhuǎn)原理則是應(yīng)用于無人機(jī)對(duì)立體地形進(jìn)行測(cè)量以及繪圖。在實(shí)際的測(cè)繪過程中，無人機(jī)能夠通過自身所擁有的高清攝影技術(shù)來對(duì)地面地形以及固有物的三維坐標(biāo)進(jìn)行確定和測(cè)量，并且將這種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)反饋到后臺(tái)系統(tǒng)之中，相關(guān)人員在接受到反饋的數(shù)據(jù)之后就能夠清楚地了解到測(cè)量地點(diǎn)的地形以及固有物的實(shí)際情況，經(jīng)過自身的技術(shù)來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終就能夠?qū)⑦@種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為對(duì)應(yīng)的圖。這類圖在經(jīng)過后期工具的修正以及調(diào)整就能夠生成擬真地形圖，從而完成整體無人機(jī)測(cè)繪工作，最終完成一個(gè)地形地貌的圖像輸出工作。

1.2無人機(jī)航空攝影

在了解了基本的無人機(jī)測(cè)繪原理之后，工作人員就需要將無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)投入到實(shí)際的測(cè)繪工作中來，對(duì)于航空攝影來說，由于其是需要對(duì)應(yīng)設(shè)備能夠上升到一定高度從高往低進(jìn)行俯拍，因此就很容易受到外界天氣環(huán)境等因素的影響。在實(shí)際拍攝的過程中，天氣因素往往會(huì)對(duì)無人機(jī)攝影情況造成影響，通常來說，地表物體的覆蓋程度、攝像機(jī)與被拍攝物體之間的阻礙物等會(huì)造成影響。因此，在進(jìn)行攝影工作之前相關(guān)人員同時(shí)還需要對(duì)實(shí)際的天氣情況進(jìn)行了解和掌握，應(yīng)當(dāng)避免在一些不好的天氣情況下進(jìn)行攝影，例如：有云、有霧或者狂風(fēng)大雨等天氣中，以此來從最大程度上降低外界因素所帶來的影響。在選擇攝影的地形時(shí)也應(yīng)當(dāng)避免一些植被覆蓋率高或者植被高度高的地形，盡量能夠選擇一些空曠平整的地形區(qū)域進(jìn)行拍攝，通過這些方式來從最大程度上減少外界因素的影響，從而保證攝影的準(zhǔn)確性。同時(shí)對(duì)于拍攝的航線也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一個(gè)良好的掌握，基本上來說應(yīng)當(dāng)選擇一條航線能夠全方面的展示被拍攝物體的全貌，以此來保證拍攝的完整性。并且因?yàn)殓R頭位置需要穩(wěn)定才能夠平穩(wěn)拍攝，相關(guān)人員也需要選擇一些避開高大建筑物以及樹木的航線，通過這樣的方式才能夠真正地確保無人機(jī)攝影工作的穩(wěn)定進(jìn)行。

2.無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

2.1無人機(jī)攝影技術(shù)成本費(fèi)用低

傳統(tǒng)的測(cè)量與測(cè)繪技術(shù)是利用衛(wèi)星定位技術(shù)，通過人工操作進(jìn)行測(cè)量與測(cè)繪，相比傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，無人機(jī)的飛行速度快，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小，測(cè)量范圍廣泛，適應(yīng)各種環(huán)境，工時(shí)成本更低;另外傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪地域范圍較大時(shí)，需要連續(xù)地多個(gè)工作站進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量，投入更大，測(cè)量時(shí)間也較長(zhǎng)，而無人機(jī)，其組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，因此可以帶來極佳的經(jīng)濟(jì)效益，為測(cè)量與測(cè)繪工作的發(fā)展提供了方向。

2.2測(cè)量區(qū)域廣，不受環(huán)境限制

傳統(tǒng)的測(cè)量與測(cè)繪技術(shù)，受天氣影響較大，例如陰天，衛(wèi)星定位系統(tǒng)識(shí)別率相對(duì)較差，另外許多特殊環(huán)境或地域人類無法實(shí)現(xiàn)工作的地方，無人機(jī)都可以勝任。無人機(jī)使用遙感技術(shù)，只需要遠(yuǎn)距離對(duì)飛機(jī)進(jìn)行遙控，飛行過程中對(duì)地形或被偵測(cè)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的拍攝，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件處理，整個(gè)過程不受環(huán)境影響，測(cè)量與測(cè)繪工作自由度更高。

2.3圖像信息處理速度更快

低空無人機(jī)的航拍技術(shù)其數(shù)據(jù)采集能力更強(qiáng)，精度更高，圖像精確度可以達(dá)到零點(diǎn)一米的范圍，圖像數(shù)據(jù)采集量大，但由于其圖像信息采集的精度高，電腦通過軟件的識(shí)別效率更高，相比傳統(tǒng)技術(shù)處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)，速度快是其又一重要特點(diǎn)。

3. 無人機(jī)攝影在地形中的測(cè)量測(cè)圖方式

想要有效地開展無人機(jī)攝影同樣還需要選擇正確的測(cè)量測(cè)圖方式，對(duì)于不同的地形以及環(huán)境來說，對(duì)應(yīng)的測(cè)量測(cè)圖方式也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改變，通常來說測(cè)量測(cè)圖方式可以分為以下幾個(gè)方式。

3.1綜合測(cè)量法

這種測(cè)量方法是需要將無人機(jī)攝影技術(shù)與平板儀測(cè)量方法進(jìn)行結(jié)合，具體的操作過程：首先是通過無人機(jī)測(cè)量技術(shù)來初步對(duì)整體地面的綜合情況進(jìn)行拍攝并且上傳到對(duì)應(yīng)的平板儀測(cè)量設(shè)備中。在平板儀測(cè)量設(shè)備就需要相關(guān)人員能夠?qū)@種上傳得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量以及分析，從而最終得到一個(gè)準(zhǔn)確的地形圖。這種方式通常能夠發(fā)揮較高的工作效率，并且同時(shí)還提高了無人機(jī)對(duì)平坦寬廣地區(qū)的測(cè)量精準(zhǔn)度。

3.2全能測(cè)量法

該測(cè)量方法需要依靠立體測(cè)圖儀器來進(jìn)行測(cè)量，在實(shí)際的測(cè)量過程中也是需要無人機(jī)對(duì)整體地貌進(jìn)行一個(gè)初步的測(cè)量，之后再將數(shù)據(jù)返回到立體測(cè)圖儀器中，在該儀器中則是可以更加精細(xì)地對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行分析和構(gòu)造，并且還需要通過三維構(gòu)建模型的方式來對(duì)這種地區(qū)的位置信息以及數(shù)據(jù)情況進(jìn)行進(jìn)一步的處理和計(jì)算，通過這樣的方式最終就能夠得到更加準(zhǔn)確的地形圖。通常這種測(cè)量方法都是作用于一些山體地區(qū)，使得地形測(cè)繪圖更加直觀具體。

3.3分工測(cè)量法

這種測(cè)量法在實(shí)際的操作方法上與全能測(cè)量法并沒有存在很大的區(qū)別，基本上都是通過一樣的流程來將大致的地形數(shù)據(jù)以及情況上傳到對(duì)應(yīng)的立體測(cè)圖儀器中，之后再通過立體測(cè)圖儀器來對(duì)地貌進(jìn)行一個(gè)精確的處理和劃分，但是這種方法相比較于全能測(cè)量法來說適用的對(duì)象會(huì)存在不同，基本上來說這種方法都是適用于一些低矮的丘陵地區(qū)中，若是在過高的山體中使用就無法展現(xiàn)良好的效果。

以上三種方法對(duì)于無人機(jī)攝影測(cè)量測(cè)圖來說都是非?？茖W(xué)有效的測(cè)量方法，但是針對(duì)于不同的情況來說選擇的方法也對(duì)應(yīng)不同，若是選擇了錯(cuò)誤的方法進(jìn)行測(cè)量測(cè)圖那么最終得到的地形圖自然也無法呈現(xiàn)一個(gè)完整的狀態(tài)。因此選擇一個(gè)正確的測(cè)量方法是非常重要且有必要的事情。

4.無人機(jī)攝像在地形測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用分析

無人機(jī)攝像測(cè)量技術(shù)在地形的測(cè)量與測(cè)繪上有著重要的應(yīng)用，前景廣闊。傳統(tǒng)的地形測(cè)量與測(cè)繪工作，需要測(cè)量人員在測(cè)量地域范圍內(nèi)連續(xù)的測(cè)量，耗費(fèi)時(shí)間，受天氣及地形地貌的影響非常大，而無人機(jī)技術(shù)，由于其高低空飛行，不受地形地貌的影響，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的測(cè)量，測(cè)量效果更佳，靈活度更高，在地形的控制測(cè)量、地圖測(cè)繪、城市政府放樣的測(cè)量項(xiàng)目中都有應(yīng)用，下面通過具體案例對(duì)無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行介紹：

4.1被測(cè)項(xiàng)目實(shí)際案例介紹

在某次測(cè)量區(qū)域中為一塊包括了農(nóng)村耕地的區(qū)域，被測(cè)區(qū)域內(nèi)有稻田、水池、公路及部分建筑，其余地勢(shì)較為平坦，使用無駕駛飛機(jī)的航拍高度最大為五百米，航行速度最大為每秒85公里，最大航拍時(shí)間為一小時(shí)，該機(jī)帶有高質(zhì)量的連續(xù)拍攝相機(jī)，通過遙控感應(yīng)控制器控制飛機(jī)的航行方向。

4.2無人機(jī)遙控航空拍攝

此次測(cè)量無人機(jī)的航線為在被測(cè)區(qū)域連續(xù)飛行5次，由于被測(cè)區(qū)域是一個(gè)長(zhǎng)度方向?yàn)?.2千米，寬度方向?yàn)?.5千米的區(qū)域，按長(zhǎng)度方向遙控飛行，每次飛行拍攝過程中，在寬度方向覆蓋面積約為150米，連續(xù)5次涵蓋了整個(gè)被測(cè)區(qū)域;由于被測(cè)區(qū)域最高建筑物高度不超過50米，本次航拍的高度設(shè)定為150米，無人機(jī)共拍攝了100張照片，像素大小為4096X4096，拍攝時(shí)間為20分鐘，飛行狀態(tài)良好，拍攝質(zhì)量高，順利完成任務(wù)。

4.3圖像數(shù)據(jù)處理

根據(jù)無人機(jī)采集的圖像信息數(shù)據(jù)，使用FLYING 3D MAP圖像處理軟件對(duì)圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，首先形成整體的3D框架，再根據(jù)每張照片的位置信息形成地形區(qū)域控制點(diǎn)的3D地形圖，軟件生成的地形圖比例尺按1比1千設(shè)定，軟件3D數(shù)據(jù)處理時(shí)間為10分鐘，生成3D地形圖的水平方向誤差為0.08米，高度方向的誤差為0.05米。3D地形圖將被測(cè)區(qū)域內(nèi)的地形、建筑物及田地的信息以較佳的畫面質(zhì)量展現(xiàn)出來，效率高、誤差小、處理速度快，完美的完成地形圖像制作。

結(jié)束語

無人機(jī)技術(shù)是當(dāng)前地形測(cè)量與測(cè)繪的重要工具與手段，其具有拍攝速度快，不受天氣及環(huán)境影響，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本費(fèi)用低等特點(diǎn)。本文的實(shí)際案例也體現(xiàn)了測(cè)量過程的簡(jiǎn)單與高效，相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步提高，其市場(chǎng)前景將更加廣闊。

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