無人機(jī)航空測量在地形測繪中的應(yīng)用

董建剛 聶關(guān)宏 林友濤

中國葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司 湖北宜昌 443000

1 無人機(jī)航空測量概述

1.1 無人機(jī)航測技術(shù)內(nèi)涵

該項(xiàng)技術(shù)是我國當(dāng)前主要發(fā)展的新型地形測繪技術(shù)手段，其是以無人機(jī)來作為主要的飛行平臺，并通過利用分辨率較高的數(shù)碼相機(jī)等一些先進(jìn)的設(shè)備來作傳感器，借助3S測繪技術(shù)在整個(gè)測繪中對有關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集和整理，從而對地形進(jìn)行測繪，涉及到遙感測繪技術(shù)、地理信息測繪技術(shù)以及全球定位測繪技術(shù)三大系統(tǒng)的主要內(nèi)容的地形圖新型測繪技術(shù)方式。與以往地形測繪技術(shù)進(jìn)行對比，無人機(jī)航測技術(shù)在整個(gè)應(yīng)用過程中，不但具備較低的成本、靈活性較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)也很簡單等優(yōu)勢，同時(shí)其測量的精準(zhǔn)度也很高、工作效率也比較高，可以在一定的范圍內(nèi)滿足我國當(dāng)代地形測繪工作要求。

1.2 無人機(jī)航空測量在地形測繪中的優(yōu)勢

1.2.1 響應(yīng)能力強(qiáng)

眾所周知，在無人機(jī)航空測量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，由于無人機(jī)機(jī)械設(shè)備大多處于低空飛行的良好狀態(tài)，因此不會受到不良天氣狀況和大氣環(huán)境的消極影響，能在極大程度上精確快捷地采集到所需測量數(shù)據(jù)，并增強(qiáng)對所需測量數(shù)據(jù)的響應(yīng)能力。與此同時(shí)，無人機(jī)航空測量技術(shù)可進(jìn)一步借助當(dāng)?shù)鼐钟蚓W(wǎng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對所得到的數(shù)據(jù)信息資料進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的傳輸，借此方式快速有效地幫助地形圖測繪人員獲取航空拍攝相關(guān)數(shù)據(jù)信息和測量數(shù)據(jù)，進(jìn)而快速繪制所需地形圖。

1.2.2 數(shù)據(jù)獲取及時(shí)

通常情況下，無人機(jī)航空測量技術(shù)和數(shù)碼相機(jī)相匹配，不僅擁有對飛行條件要求較低和對地形條件要求較低等獨(dú)特優(yōu)勢，更能在極大程度上快速獲取詳細(xì)的地表影像資料。因此，無人機(jī)航空測量技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確度和精準(zhǔn)度較高、科學(xué)性較強(qiáng)，其數(shù)據(jù)傳輸運(yùn)行的速度較快，可進(jìn)一步借助數(shù)字化圖像將所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為三維可視化攝影圖像，方便地形圖測繪工作人員利用相關(guān)的數(shù)據(jù)圖像資料進(jìn)行可視化操作，進(jìn)而為地形圖的勘察繪制和實(shí)際應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，無人機(jī)航空測量技術(shù)還可進(jìn)一步與衛(wèi)星遙感技術(shù)和航空攝像測量技術(shù)等聯(lián)合使用，為提升地形測繪數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性做鋪墊[1]。

1.2.3 機(jī)動靈活性

一方面，無人機(jī)航空測量技術(shù)在其系統(tǒng)內(nèi)部安裝了精度較高的數(shù)碼相機(jī)設(shè)備，該設(shè)備能夠采取傾斜拍攝或垂直拍攝等多樣化的拍攝方式。因此，哪怕沒有專業(yè)的較為平整的起降區(qū)域，無人機(jī)航空測量技術(shù)仍舊可以正常地開展實(shí)際拍攝工作，為地形測繪提供科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。另一方面，和傳統(tǒng)的航空測量技術(shù)相比，無人機(jī)航空測量技術(shù)可依照實(shí)際拍攝需求事先對無人機(jī)設(shè)置相應(yīng)的飛行航線，采用全線自動飛行的模式使無人機(jī)設(shè)備能夠在不良運(yùn)行狀況下保持較高的拍攝精度和準(zhǔn)確度。

2 無人機(jī)航空測量在地形測繪中的應(yīng)用

2.1 布設(shè)控制點(diǎn)

首先，應(yīng)用無人機(jī)航空測量技術(shù)對控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的方式主要包含全野外布點(diǎn)、非全野外布點(diǎn)兩類形式。前者具有很高的精準(zhǔn)度，對于外業(yè)的工作量則很大；后者具有更高的工作成效，能夠很好地滿足各類精度的需求，其應(yīng)用更為廣泛。其次，在布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)，我們可以選取無人機(jī)航測影像中重疊部位的中線位置來進(jìn)行相應(yīng)的布設(shè)工作。在具體操作實(shí)施過程中，邊緣的位置不易選擇，由于邊緣影像部位常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真的狀況，邊緣位置選取時(shí)在內(nèi)業(yè)處理標(biāo)記的環(huán)節(jié)，常會出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷的不良情況[2]。

2.2 影像數(shù)據(jù)的采集與整理

影像數(shù)據(jù)信息的采集在整個(gè)測量過程中是最為重要的基本環(huán)節(jié)，該項(xiàng)工作的完成需要提前做好無人機(jī)起飛前的準(zhǔn)備。其準(zhǔn)備工作包含以下幾個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)：首先，要保證無人機(jī)的指南工作系統(tǒng)要滿足一定的精準(zhǔn)度，對無人機(jī)的SD卡進(jìn)行安裝并檢查，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和保存，確定其功能；其次，想要確保無線信號能夠收放自如，需要對無人機(jī)接收信號的功能進(jìn)行一定的檢查；最后，我們利用ALtizuree功能軟件，對無人機(jī)所測區(qū)域或是航線位置進(jìn)行設(shè)定。

2.3 空三加密測量

在完成像控點(diǎn)布設(shè)的基礎(chǔ)上，按照航測方案進(jìn)行測繪區(qū)域航拍影像數(shù)據(jù)的采集工作，按照設(shè)計(jì)的航線方向、旁向重疊度和航向重疊度執(zhí)行飛行任務(wù)。但是在執(zhí)行影像數(shù)據(jù)采集工作過程中，由于地形變化較大，植被遮擋等問題的普遍存在，導(dǎo)致測繪區(qū)域范圍內(nèi)的部分區(qū)域無法獲得相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)而在影像數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“留白”現(xiàn)象，降低了無人機(jī)航測技術(shù)的測量精度。為了有效地消除上述原因的出現(xiàn)，需要進(jìn)行空三加密測量流程，該方法是以航拍影像數(shù)據(jù)中的方位元素進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)算為基礎(chǔ)提出干擾因素的方法，可以有效地彌補(bǔ)因“留白”等問題而造成精度降低的缺陷[3]。

2.4 繪制地圖

地圖繪制是測繪工程中的最后環(huán)節(jié)。將數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算完成后方可得到相應(yīng)的DOM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS功能軟件將各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的輸入工作。在應(yīng)用ArcGIS功能軟件中，可將樹林和橋梁等相關(guān)事物做好分層模型的建設(shè)工作。同時(shí)，我們還可以將攝影測量矢量化之后的主要特征，依照該功能軟件得出的數(shù)據(jù)，對地貌特征再進(jìn)行相應(yīng)的比較，得出準(zhǔn)確圖形。值得注意的是測繪區(qū)域地形、地貌的高程數(shù)據(jù)獲取方式，是將DSM軟件所得到的數(shù)據(jù)，以及實(shí)際的地貌測量高程數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，將這兩者同時(shí)輸入到ArcGIS功能軟件中，進(jìn)行完善的計(jì)算之后，生成CAD圖像。

3 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)航測技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用較廣，在我國地形測繪方面也具有廣闊的應(yīng)用前景，不但能夠提升測繪工作的基本效率，還能夠節(jié)省投資成本，獲取更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，從而促進(jìn)我國地形測繪工作的順利實(shí)施。