無人機低空攝影測量在地形圖測繪中的應用

朱中偉

（河南省基力勘測有限公司，河南 鄭州450000）

無人機低空攝影測量是現(xiàn)代地形圖測繪的關鍵載體與重要保障，在提升地形圖測繪精度、促進測繪事業(yè)發(fā)展等方面扮演著不可替代的關鍵角色。無人機低空攝影測量以專業(yè)化無人機等設備儀器為基本依托，對目標地形區(qū)域進行數(shù)據(jù)信息的分析研究與界定，是掌握地形信息數(shù)據(jù)的關鍵技術手段。

1 無人機低空攝影測量簡述

長期以來，國家相關部門高度重視無人機低空攝影測量技術的應用與創(chuàng)新，在測量技術規(guī)范化、測量過程標準化、測量效果評價系統(tǒng)化等方面制定并實施了一系列重大方針政策，為高質高效地開展地形圖測繪工作提供了基本遵循與發(fā)展導向，在無人機低空攝影測量技術實施領域取得了令人矚目的現(xiàn)實成就。同時，廣大地形圖測繪單位及專業(yè)機構同樣在創(chuàng)新無人機低空攝影測量技術應用流程、優(yōu)化無人機低空攝影測量模式等方面進行了卓有成效的研究與探索，效果顯著，使得地形圖測繪的相關憑據(jù)更具整體性、宏觀性與可靠性[1]。

2 低空攝影測量成圖的關鍵技術及精度控制

2.1 低空攝影測量成圖的關鍵技術

2.1.1 攝影外業(yè)控制測量

攝影外業(yè)控制測量是無人機低空攝影測量成圖的關鍵技術方法，需要綜合協(xié)調基礎控制測量和像控點聯(lián)測之間的關系，在數(shù)據(jù)交互方面保持同步邏輯關系，確保最終測量成圖的精度。隨著當前測量技術方法的創(chuàng)新與進步，攝影外業(yè)控制測量的應用愈發(fā)成熟，實現(xiàn)了像片控制點的進一步細分，使平面控制點、高程控制點和平面高程控制點等有機結合起來，可在更加復雜的地形環(huán)境條件下開展繪圖測圖工作，適用性與針對性更強。同時，在空中三角測量方法的支持下，可滿足地形圖測繪統(tǒng)一布設、統(tǒng)一測量等方面的實際測繪需求[2]。

2.1.2 攝影內業(yè)處理技術

與攝影外業(yè)控制測量相類似，攝影內業(yè)處理技術同樣至關重要，與最終地形圖測繪效果密切相關。在攝影內業(yè)處理中，主要包括數(shù)據(jù)預處理、自動空三加密和3D產品生產等方面的構成要素，上述不同的構成要素在地形圖測繪過程中所承擔的職能有所差異，所形成的測繪數(shù)據(jù)對應關系存在明顯不同，需根據(jù)目標測繪區(qū)域的實際狀況進行科學處理。在地形圖測繪數(shù)據(jù)處理方面，應首先根據(jù)無人機低空攝影測量所獲取到的數(shù)據(jù)信息，在測區(qū)參數(shù)的作用下，對其進行細化分解，通過系統(tǒng)軟件技術得到核心數(shù)據(jù)層，并對畸變差進行科學校驗與控制，最終得到地形圖測繪產品。

2.2 無人機低空航攝成圖精度分析

2.2.1 影像質量檢查及控制點分布

無人機低空攝影測量在實際運行過程中同樣會受到諸多外界要素的干擾與影響，這些影響要素將會對地形圖測繪的精度產生深刻影響，因此，必須采取科學、合理的技術方法予以控制。通過采取影像質量檢查及控制點分布方法，可對地形圖測繪中的影像色調、飽和度、重疊度、航帶彎曲度、云和霧等進行調整優(yōu)化，并在相關技術規(guī)范約束范圍內，提升影像質量，使其全面達到內業(yè)規(guī)范標準。在控制點分布下，無人機應設定既定的航線飛行方向，控制航向重疊度及旁向重疊度[3]。

2.2.2 內業(yè)數(shù)據(jù)處理成圖精度分析

內業(yè)數(shù)據(jù)處理的過程也是對無人機低空攝影測量數(shù)據(jù)進行細化處理的過程，往往需要科學處理理論精度分析與實際精度分析之間的關系，將實際測量獲取到的攝影測量數(shù)據(jù)信息進行加工處理，并與理論精度數(shù)據(jù)做出縱向比對，若其偏離幅值較大，則應做出相應技術處理，對像點精度進行優(yōu)化，縮小定向點和檢查點的誤差。為提升無人機低空攝影測量精度控制效果，必須對地形圖測繪區(qū)域中的數(shù)據(jù)信息作出去偽處理，防止數(shù)據(jù)冗余對成圖精度造成的不良影響。此外，根據(jù)特定比例尺大小，利用二次多項式曲線數(shù)學模型對各高程點進行線性擬合，以強化地形圖測繪高程精度。

3 無人機低空攝影測量在地形圖測繪中的應用流程

3.1 飛行前準備

在無人機低空攝影測量實踐中，需要首先做好全面詳細的飛行前的準備工作，為地形圖測繪各項工作的開展與實施提供方向性保障。在此過程中，應對目標測繪區(qū)域的客觀情況進行實地踏勘，對目標區(qū)域范圍內的大致地形地貌、植被覆蓋等情況有所初步了解，設定必要的飛行空域環(huán)境。要對無人機飛行設備的各項性能參數(shù)進行充分校核，確保各項性能參數(shù)符合飛行要求，對續(xù)航時間、極限航高、攝影設備參數(shù)、存儲器容量等做仔細檢查。

3.2 制訂攝影測量方案

攝影測量方案的制訂與無人機低空攝影測量效果的好壞密切相關，因此，必須在相關技術標準與行業(yè)規(guī)范要求下制訂攝影測量方案，細化攝影測量各項細節(jié)問題，使無人機低空攝影測量工作始終朝著更高效率、更高質量、更高水平的方向發(fā)展。同時，應根據(jù)地形圖測繪的實際需求，標明相應的無人機型號，設定符合測繪圖實際的航攝比例尺大小等。在無人機低空攝影測量方案形成后，應作出充分論證，確保其可行性與可操作性，防止各類潛在影響因素的干擾。同時，應由專業(yè)技術人員編寫相應的技術設計書，對航線敷設、航攝分區(qū)等作出界定。

3.3 航攝實施

航攝實施環(huán)節(jié)是無人機低空攝影測量的核心環(huán)節(jié)，在地形圖測繪中始終處于基礎性地位。在此環(huán)節(jié)中，應首先對無人機系統(tǒng)設備的工作狀態(tài)進行充分研判，對無人機操控人員進行專項培訓與指導，使其全面掌握無人機低空攝影測量的具體操作規(guī)范與技術要求，精準控制無人機飛行中的各項注意事項，嚴格按照相關技術要求進行操作，確保無人機飛行過程平穩(wěn)有序。通常情況下，為確保無人機低空攝影測量效果，應對旋偏角、傾角和重疊度等進行動態(tài)化調整優(yōu)化。由于無人機低空攝影測量易受風力的影響，因此在有風的天氣環(huán)境條件下，尤其要加裝補償器，改進無人機硬件，并在考慮測區(qū)地形地貌、地面分辨率和成果精度等要素的基礎上，通過軟件設計對控制點布設進行改善優(yōu)化，對測繪圖像作出精細化糾正。

3.4 無人機低空攝影測量的數(shù)據(jù)處理

在當前技術條件下，無人機低空攝影測量所形成的每張影像均由單一化的光束組成，因此可將每張影像作為一個獨立的單元，利用光束法平差進行測量數(shù)據(jù)處理，以達到剔除不可靠測量數(shù)據(jù)的目的。應將三維空間點統(tǒng)籌分布在同一空間坐標體系中，利用共線方程對其交匯狀態(tài)進行描述，通過構建統(tǒng)一的區(qū)域誤差方程，得出影像成果。在此過程中，可對光束做出平移、旋轉等特定操作，使每個目標測量區(qū)域中的未知點位匹配對應起來，進而對影像利用加密點云、紋理映射等方式獲取地面相關影像特征。

4 無人機低空攝影技術的發(fā)展前景

4.1 有序化測繪調控技術

隨著現(xiàn)代地形圖測繪要求的不斷提高，無人機低空攝影測量將會充分融入有序化測繪調控技術，以充分提高影像數(shù)據(jù)的準確性，使影像畫面更加精準有效。有序化測繪調控技術需要在相關成熟測繪理論的指導下進行轉換，按照特定導航系統(tǒng)的約束條件，對無人機低空飛行區(qū)域進行細化分解，在主客觀條件允許的情況下設定攝影時間，并對控制點進行精準定位。

4.2 智能變形監(jiān)測

在信息化技術的支持下，無人機低空攝影測量可與其他多類型、多用途的測量技術有機結合起來，有效實施智能變形監(jiān)測。當變形監(jiān)測數(shù)據(jù)偏離值超出特定范圍后，則數(shù)據(jù)處理中心將會自動進行響應與處理，為技術人員進行科學應對提供參考。

4.3 在地形圖測繪信息提取中的作用

無人機低空攝影測量具有廣闊的發(fā)展空間。計算機信息技術的攝影測量與遙感技術，與其他類型的傳感器直接相關，如高分辨率遙感衛(wèi)星攝影測量物體密集點云、密集點云的動作攝影掃描儀、城市建筑測繪POS系統(tǒng)、山形等，最終實現(xiàn)統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)。利用照相測量和遙感技術，直接確定地面點云提取的特征對象結構，基于三維點云的特征點，再進行顏色繪圖，提取特征點。

5 結語

綜上所述，受測量模式、測繪方法、航測效果評價等方面要素的影響，當前無人機低空攝影測量在地形圖測繪實踐應用中依舊存在諸多不容忽視的薄弱環(huán)節(jié)與不足之處，阻礙著地形圖測繪工作效果的優(yōu)化提升。因此，有關人員應該從現(xiàn)代地形圖測繪工作的客觀實際需求出發(fā)，遵循無人機低空攝影測量的基本原理與規(guī)律、創(chuàng)新測量方式方法，為提升地形圖測繪工作成效奠定基礎。