無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中的應(yīng)用

袁維波 何志強(qiáng)

摘要：城市建設(shè)水平不斷提升，城鎮(zhèn)地籍測(cè)量技術(shù)也在不斷地更新。在城市化建設(shè)過(guò)程中，城鎮(zhèn)地籍測(cè)量極具現(xiàn)實(shí)意義，是國(guó)家土地資源管理與城市建設(shè)規(guī)劃決策的重要數(shù)據(jù)支撐。因此，必須確保城鎮(zhèn)地籍測(cè)量數(shù)據(jù)、測(cè)量結(jié)果的高度準(zhǔn)確，這就對(duì)測(cè)量技術(shù)提出了較高要求。無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中的應(yīng)用得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用?；诖?，本文對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用及注意事項(xiàng)進(jìn)行了深入地分析、探討，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供有益參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；低空攝影測(cè)量技術(shù)；城鎮(zhèn)地籍測(cè)量

近年來(lái)城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷加快，在一定程度上提高了對(duì)城鎮(zhèn)地基測(cè)量工作的要求。以往人工測(cè)量的方式極易受到多方因素的影響，精準(zhǔn)度低且成本較高，難以與現(xiàn)代化發(fā)展的要求相符。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)憑借其靈活性強(qiáng)、精準(zhǔn)程度高、安全性能佳等優(yōu)勢(shì)在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中獲得了有效的應(yīng)用，發(fā)揮了重要效用。

1.無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)相關(guān)概述

無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)是無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用核心，主要是將高清數(shù)碼攝像機(jī)安裝在無(wú)人機(jī)上，借助無(wú)人機(jī)運(yùn)行的靈活性、機(jī)動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意角度、較遠(yuǎn)距離的拍攝，完成測(cè)繪信息收集。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，需要面對(duì)霧雨天氣、云層、樹(shù)木、建筑等環(huán)境因素的干擾，這就需要確保無(wú)人機(jī)及其配置攝像機(jī)具備較為卓越的性能，同時(shí)要求操作人員具備較為嫻熟的技術(shù)。隨著現(xiàn)代科技不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)克服了大部分環(huán)境因素影響，結(jié)合對(duì)GPS系統(tǒng)與遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的整合融合，在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中得到了較為廣泛應(yīng)用。

2.無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）較高測(cè)繪速率

一般來(lái)說(shuō)，在地籍測(cè)繪工作中出現(xiàn)突然狀況需要在較短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)繪工作，在第一時(shí)間內(nèi)有效控制事態(tài)，這就要求測(cè)繪工作具有較高速率。與傳統(tǒng)人工測(cè)繪相比，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)無(wú)論是在速度、拍攝角度，還是在信息傳遞速度方面，都有著較大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以使測(cè)繪人員在第一時(shí)間內(nèi)掌握事態(tài)信息。例如，運(yùn)用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)可以在較短時(shí)間內(nèi)完成2000km2的范圍拍攝測(cè)量，在此過(guò)程中對(duì)于突發(fā)狀況可以較為快速反應(yīng)并提供較好的技術(shù)支持。

（2）較大測(cè)繪范圍

無(wú)人機(jī)具備高低空飛行能力，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地面的多角度、遠(yuǎn)距離、大范圍拍攝，克服了人工測(cè)繪在角度、地形等方面的限制，尤其是其靈活性、適應(yīng)性、低空作業(yè)的特性使得測(cè)繪數(shù)據(jù)更具層次性，為數(shù)據(jù)分析提供更為詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)同時(shí)兼顧了大范圍、高精度、實(shí)時(shí)性的地籍測(cè)繪要求，尤其是能夠借助3D仿真模擬技術(shù)與立體圖形分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)較高的測(cè)繪分辨率與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳遞。

（3）明顯的測(cè)量周期優(yōu)勢(shì)

在確保日常維護(hù)與正常休息的前提下，無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間使用，較之人工作業(yè)具備明顯的周期性優(yōu)勢(shì)，由此帶來(lái)較為高效的工作效率。除了無(wú)人機(jī)本身正常運(yùn)行與正確的人工操作之外，還有一系列措施、系統(tǒng)作為支撐，確保測(cè)繪工作綜合性得到有效提升，為無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的較強(qiáng)周期性提供保障。

（4）更為便捷的攝影操作

無(wú)人機(jī)空中導(dǎo)航系統(tǒng)相較于普通地面測(cè)量技術(shù)具有操作更為便捷、對(duì)操作人員要求不高，大多數(shù)工作人員都能夠勝任。而且相較于以往的人工地籍測(cè)量方式，其成本更低，能夠大幅降低調(diào)查與開(kāi)發(fā)土地所需成本費(fèi)用。同時(shí)無(wú)人機(jī)操作系統(tǒng)維護(hù)起來(lái)較為簡(jiǎn)單，操作系統(tǒng)不復(fù)雜，有效減少了測(cè)量人員的工作壓力。

（5）測(cè)繪數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)

使用無(wú)人機(jī)低空攝影能夠大大提升土地測(cè)量數(shù)據(jù)參數(shù)的精準(zhǔn)程度。即便此項(xiàng)技術(shù)原來(lái)便可精確測(cè)量所得參數(shù)到亞米級(jí)，不過(guò)在對(duì)土地精度實(shí)施測(cè)量過(guò)程中，能夠有效滿足1∶1000標(biāo)度的測(cè)量精度。在大部分城鎮(zhèn)地籍測(cè)量工作中都要求提升測(cè)量精準(zhǔn)程度，而研究與應(yīng)用無(wú)人值守機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)就能夠有效彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)以往地籍調(diào)查準(zhǔn)確度不高的問(wèn)題，大幅提升了城鎮(zhèn)調(diào)查的質(zhì)量。

（6）有效提高了地籍測(cè)繪工作的安全系數(shù)

在運(yùn)用無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)進(jìn)行城鎮(zhèn)地籍測(cè)繪調(diào)查過(guò)程中能夠有效保障了測(cè)量人員的安全，無(wú)須采取人工的方式進(jìn)行測(cè)量。而且此項(xiàng)技術(shù)具有較強(qiáng)的靈活性，自然因素并不會(huì)干擾測(cè)量的準(zhǔn)確程度。

3.無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于城鎮(zhèn)地籍測(cè)量的可行性

當(dāng)前在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)獲得了普遍使用，為了切實(shí)提升城鎮(zhèn)調(diào)查的效率，則需要將無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)有效發(fā)揮出來(lái)。第一，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量能夠使用高分辨率與多角度圖像來(lái)完成。具有垂直、傾斜照片水平的高精度數(shù)字成像設(shè)備，還能夠利用低空飛行，從不同角度攝影得到多平面圖像，不受高層建筑阻礙。這是遙感技術(shù)與衛(wèi)星技術(shù)所無(wú)法達(dá)到的。第二，無(wú)人機(jī)靈活性較強(qiáng)，同時(shí)操作便捷、成本低、起飛時(shí)間短，所以其使用頻率極高。相較于有人飛機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)人飛機(jī)能夠根據(jù)事先制訂的線路飛行，具有較強(qiáng)穩(wěn)定性。通常而言，無(wú)人機(jī)最大可運(yùn)送燃料重量為5kg，所以能夠在空中不間斷飛行1600km，停留時(shí)長(zhǎng)超過(guò)16h。加上無(wú)人機(jī)能夠馬上將新的數(shù)據(jù)上傳，所以能夠切實(shí)防止飛機(jī)著陸后數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的情況出現(xiàn)。第三，數(shù)據(jù)處理成本較低。通常載人航天飛機(jī)價(jià)格在無(wú)人機(jī)的5倍左右，并且無(wú)人機(jī)操作人員能夠較為簡(jiǎn)單的獲取飛行許可證，工作效率較高。此外無(wú)人機(jī)主要采取的是高強(qiáng)度輕量碳纖維復(fù)合材料作為機(jī)身材料，維修較為便捷。圖像處理裝置兼容性較強(qiáng)，硬件成本較低，這均在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中奠定了基礎(chǔ)。

4.無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程分析

借助無(wú)人機(jī)完成低空測(cè)量之后，需對(duì)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的收集、處理。在現(xiàn)代無(wú)人機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展推動(dòng)下，相關(guān)的數(shù)據(jù)影像處理技術(shù)也在不斷提升，當(dāng)前已經(jīng)具備了較為全面的與無(wú)人機(jī)配套使用的影像匹配技術(shù)、影像處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)。測(cè)量所得的數(shù)據(jù)資料提取水平也越來(lái)越高，對(duì)于地理環(huán)境的測(cè)量準(zhǔn)確性也在不斷提升。目前，我國(guó)較為流行的DPGrid和PixelGrid系統(tǒng)，其操作流程主要為：在利用無(wú)人機(jī)完成數(shù)據(jù)采集之后，從數(shù)據(jù)平臺(tái)中導(dǎo)出相應(yīng)的航拍數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的重新整理之后采用智能匹配的方式檢查數(shù)據(jù)的異常，再將準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算分析，得到影像具體位置。然后協(xié)助密集匹配技術(shù)獲得三維DSM點(diǎn)云，對(duì)DSM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、刪除之后，得到規(guī)格格網(wǎng)的DEM信息，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)提取生成得到完整的地理圖像。

5.無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中普遍應(yīng)用，如測(cè)量領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、建筑、旅游等，無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用大大減輕了相關(guān)測(cè)量工作的壓力，也為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展提供了推動(dòng)力。在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量過(guò)程中，無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)的應(yīng)用主要分為以下五個(gè)部分。

（1）城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)信息采集

數(shù)據(jù)采集中無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)的應(yīng)用減少人力成本，危險(xiǎn)性低，較之普通的航空攝影與人工測(cè)繪有著較大優(yōu)勢(shì)。城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量通常涉及對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域、特殊區(qū)域的測(cè)量，人力測(cè)量方式需要大量人力成本，效率較低，甚至具有較大危險(xiǎn)性。而航天攝影技術(shù)在精準(zhǔn)度上難以保障，設(shè)備也經(jīng)常受到云層、建筑影響而導(dǎo)致測(cè)量效果不理想。采用無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)能夠有效提高城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量工作質(zhì)量與效率。無(wú)人機(jī)體積較小，而且操作較為靈活，能夠飛行到一些人工測(cè)量困難的特殊區(qū)域采集數(shù)據(jù)，不會(huì)受到高空云層、建筑物的影響，加上無(wú)人機(jī)飛行速度較快，攝像角度能夠結(jié)合地形情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)提高數(shù)據(jù)采集速度。

（2）測(cè)量和布設(shè)像控點(diǎn)

進(jìn)行航拍過(guò)程中，一個(gè)重要的步驟就是對(duì)攝像控點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，首先要將其設(shè)置在地形平坦、視野開(kāi)闊的、交通便利的地區(qū)，而且附近沒(méi)有強(qiáng)電磁輻射源，同時(shí)要確保實(shí)際設(shè)置的點(diǎn)位不低于五度重疊。在布設(shè)試驗(yàn)區(qū)像控點(diǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)運(yùn)用區(qū)域網(wǎng)法，順著航線設(shè)計(jì)方向，控制像控點(diǎn)的間距為200m。實(shí)際設(shè)置的點(diǎn)位應(yīng)當(dāng)要在單層平頂房頂中間部位或是開(kāi)闊平坦的地面上。此外需要在樓頂或地面使用黃色或藍(lán)色油漆繪制十字交叉圖案，同時(shí)在交叉部位繪制圓形來(lái)代表像控點(diǎn)的點(diǎn)位。采取CORE網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測(cè)量點(diǎn)位的空間位置，同時(shí)需要數(shù)次測(cè)量各個(gè)像素點(diǎn)，把結(jié)果在3cm以內(nèi)的數(shù)值取平均值。

（3）相關(guān)圖像初步處理

傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)在完成數(shù)據(jù)采集之后需要人工進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理，會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成較大影響。傳統(tǒng)測(cè)量方式的數(shù)據(jù)采集極易受到環(huán)境、自然條件等的影響，后期數(shù)據(jù)處理也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真問(wèn)題，影響測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用很好地解決這一問(wèn)題。無(wú)人機(jī)內(nèi)部自載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)失真數(shù)據(jù)初步處理，尤其是近年來(lái)智能技術(shù)的不斷應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)照相關(guān)資料對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，對(duì)修改事項(xiàng)進(jìn)行標(biāo)注。無(wú)人機(jī)低空攝像測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)拍攝圖片初步加工處理，提高圖片質(zhì)量，減輕后期操作強(qiáng)度，進(jìn)而提高城鎮(zhèn)地籍測(cè)量工作效率。

（4）信息初步修正

攝像測(cè)量技術(shù)測(cè)量的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較低，普通航空攝影系統(tǒng)失誤現(xiàn)象較為常見(jiàn)，難以有效提升城鎮(zhèn)地籍測(cè)量工作效率。無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)能夠有效解決這一問(wèn)題，尤其是無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像內(nèi)容的詳細(xì)修改，加上與GIS/GPS系統(tǒng)的有效結(jié)合，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量區(qū)域地形地貌的圖像對(duì)比，找到差異之處，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信息的初步修正，提高圖像準(zhǔn)確性與測(cè)量工作效率。

（5）數(shù)據(jù)加密處理

無(wú)人機(jī)上裝配的是高清晰攝像裝置并不是專用測(cè)量相機(jī)，極易受到光反射、折射現(xiàn)象影響，導(dǎo)致圖像內(nèi)容發(fā)生光纖畸變，造成攝像圖片與實(shí)際情況不符。因此應(yīng)通過(guò)技術(shù)更新實(shí)現(xiàn)對(duì)光線對(duì)攝影成像影響的嚴(yán)格控制。自動(dòng)空三加密技術(shù)的應(yīng)用能夠較好解決這一問(wèn)題。采用空中三角測(cè)量技術(shù)，對(duì)區(qū)域內(nèi)定位與姿態(tài)測(cè)量進(jìn)行準(zhǔn)確確定，以獲取相應(yīng)的空間點(diǎn)坐標(biāo)。空三加密技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)量中的應(yīng)用能夠有效提升城鎮(zhèn)地籍測(cè)量準(zhǔn)確性?，F(xiàn)階段，Pix4D+EPS+CASS系統(tǒng)普遍應(yīng)用于我國(guó)城鎮(zhèn)地籍測(cè)量工作中，進(jìn)而產(chǎn)生三種數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總與地形、地貌圖有效整合。

6.無(wú)人機(jī)低空攝像技術(shù)測(cè)量應(yīng)用注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)人機(jī)低空攝像技術(shù)也存在許多缺陷，應(yīng)對(duì)以下幾個(gè)方面予以高度重視：一是做好測(cè)量范圍規(guī)劃，做好飛行測(cè)量準(zhǔn)備，如風(fēng)速測(cè)量、航高確定，確保航線空間安全。二是要特別注意像控布設(shè)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況合理布設(shè)，400m正方形網(wǎng)格布設(shè)多以像控點(diǎn)布控方式為主，也可在此方式的基礎(chǔ)上在測(cè)量區(qū)域外合理地添加像控點(diǎn)。三是由于無(wú)人機(jī)低空攝像技術(shù)使用的并非專業(yè)測(cè)量攝像裝置，因此在避免出現(xiàn)光學(xué)畸變方面應(yīng)在空三加密前對(duì)圖像進(jìn)行變差調(diào)整；四是對(duì)DLG精度進(jìn)行提升。在實(shí)際測(cè)量環(huán)節(jié)需要做好外業(yè)點(diǎn)的收集工作，同時(shí)讓此外業(yè)點(diǎn)具備一定特點(diǎn)。將此外業(yè)點(diǎn)引入測(cè)圖工作站內(nèi)部，結(jié)合立體模型對(duì)地物與點(diǎn)位間的聯(lián)系進(jìn)行觀測(cè)，進(jìn)而讓測(cè)繪工作者找出準(zhǔn)確位置，隨后開(kāi)展測(cè)量工作，需要對(duì)光標(biāo)切準(zhǔn)誤差進(jìn)行嚴(yán)格把控，控制誤差不超過(guò)8cm；五是強(qiáng)化部門(mén)組織與管理意識(shí)。由于在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)有突出優(yōu)勢(shì)，所以有關(guān)部門(mén)與工作人員需要予以充分關(guān)注，不但要有效組織開(kāi)展城鎮(zhèn)地籍測(cè)繪工作，根據(jù)實(shí)際測(cè)繪環(huán)節(jié)遇到的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的處理，而且還需要完善優(yōu)化有關(guān)管理制度，和測(cè)繪部門(mén)積極配合與協(xié)調(diào)，從而推動(dòng)測(cè)繪技術(shù)更好更快的發(fā)展。需要科學(xué)培訓(xùn)與考核相關(guān)測(cè)繪工作者，不斷提高操作無(wú)人機(jī)的能力，確保實(shí)際測(cè)量所得數(shù)據(jù)的規(guī)范與有效。

7.結(jié)論

近年來(lái)，我國(guó)航天航空技術(shù)得到了較大發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，無(wú)人機(jī)低空攝影攝像技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量領(lǐng)域得到較為深入地應(yīng)用，對(duì)于提高測(cè)量操作便捷性與準(zhǔn)確率都有著較好的應(yīng)用效果，大大突破了普通攝影技術(shù)清晰度不足的缺陷，在提高測(cè)量工作質(zhì)量與效率的同時(shí)提高了對(duì)地貌測(cè)量的準(zhǔn)確性，在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中應(yīng)用價(jià)值很大。

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