無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用與實(shí)踐

邵黎鵬

（三和數(shù)碼測繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅天水 741000）

0 引言

無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展與普及，以及與航空攝影測量技術(shù)的結(jié)合，能夠使地形測量工作的開展更為便捷。簡單來說，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)由于具有測量技術(shù)靈活以及測量效率高等諸多優(yōu)勢，在地形測量工作中具有十分重要的作用。

1 無人機(jī)測量技術(shù)的原理

無人機(jī)測量技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相較而言具有較為明顯的優(yōu)勢，對于我國的測量工程而言，利用無人機(jī)來開展工作可以說是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。在開展工作的過程中，無人機(jī)主要是利用無線設(shè)備等來對系統(tǒng)進(jìn)行操控，同時(shí)還需要配備地面站等設(shè)施。具體來說的話，無人機(jī)測量技術(shù)的原理，大致可以從三個(gè)方向來進(jìn)行闡述。首先，無人機(jī)的種類有很多，而不同種類的無人機(jī)所具有的功能也是不同的。關(guān)于無人機(jī)的選擇，還需要依據(jù)工程的實(shí)際情況，來進(jìn)行相應(yīng)的選擇，而工作人員在使用無人機(jī)之前，也需要先對無人機(jī)進(jìn)行測試，確保后期無人機(jī)的工作質(zhì)量[1]。其次，無人機(jī)在進(jìn)行測量工作的過程中，往往需要利用低空航拍這一方式，而這種工作方式對外在環(huán)境的要求比較高?；诖?，對于工作人員來說，在使用無人機(jī)進(jìn)行測量工作之前，還需要依據(jù)測量環(huán)境的實(shí)際情況，規(guī)劃好合理的飛行路線，并對無人機(jī)進(jìn)行測試，確保后續(xù)工作的順利開展。最后，在利用無人機(jī)技術(shù)來進(jìn)行測量工作時(shí)，工作人員還需要依據(jù)實(shí)際的分布像控點(diǎn)來進(jìn)行地形的測量工作。在測量完成后，工作人員還需要依據(jù)實(shí)際地形資料以及測量的數(shù)據(jù)資料，來進(jìn)行綜合與全面的數(shù)據(jù)分析工作，確保最終數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。無人機(jī)如圖1 所示。

圖1 無人機(jī)

2 無人機(jī)測量技術(shù)在地形測量中的優(yōu)勢

2.1 數(shù)據(jù)獲取及時(shí)

無人機(jī)在工作的過程中，一方面能夠確保影像傳遞的精準(zhǔn)性，同時(shí)還可以及時(shí)把數(shù)字化的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S圖像。這種圖像上的及時(shí)轉(zhuǎn)變，可以為地形測量提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，同時(shí)這種三維圖像也能夠與遙感技術(shù)等相結(jié)合，進(jìn)一步提升地形測量的準(zhǔn)確性。

2.2 靈活性高

無人機(jī)測量技術(shù)具有比較強(qiáng)的靈活性。因此，對于工作人員來說，在操作無人機(jī)的時(shí)候，往往不需要建立專門的起降平臺(tái)。除此之外，無人機(jī)本身的操作也比較便捷，運(yùn)行的成本較低，這些特點(diǎn)也使得無人機(jī)的使用范圍變得更加廣泛。和傳統(tǒng)的飛機(jī)相較而言，工作人員可以對無人機(jī)的運(yùn)行路線進(jìn)行提前的設(shè)置，使無人機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，進(jìn)一步提升拍攝的準(zhǔn)確性。除此之外，無人機(jī)的飛行高度一般能夠控制在1000m 以內(nèi)，其高度的控制精度在10m 左右，因此無人機(jī)在進(jìn)行航空拍攝測量中往往可以設(shè)置數(shù)量較多的測量點(diǎn)。當(dāng)無人機(jī)進(jìn)行完測量工作后，就可以迅速把測量點(diǎn)的信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，從而又進(jìn)一步體現(xiàn)出了無人機(jī)工作的靈活性。

2.3 信息處理快

無人機(jī)測量技術(shù)隨著我國信息技術(shù)的整體發(fā)展而獲得進(jìn)一步的提升，其中所涉及的各項(xiàng)技術(shù)也會(huì)逐步得到完善。在利用無人機(jī)來開展地形測量工作時(shí)，所獲取到的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)，一般可以較為及時(shí)與準(zhǔn)確地進(jìn)行傳輸，從而能夠有效提升技術(shù)人員對于數(shù)據(jù)的處理速度。與較為傳統(tǒng)的處理技術(shù)相較而言，這一技術(shù)的優(yōu)勢會(huì)更為明顯，而這種優(yōu)勢也使得最終的地形測量數(shù)據(jù)可以更為準(zhǔn)確，最終可以進(jìn)一步提升整個(gè)測量工作的質(zhì)量。

2.4 較強(qiáng)的社會(huì)效益

與傳統(tǒng)的測繪工作相較而言，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的成本會(huì)更低。無人機(jī)攝影航空測量技術(shù)集合了計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)等多種技術(shù)，因此在使用的時(shí)候是非常便捷的，能夠省去許多不必要的程序，從而能夠幫助工作人員更為高效地獲取相關(guān)的航拍數(shù)據(jù)，因此這一技術(shù)本身就具有較強(qiáng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[2]。另外，無人機(jī)在進(jìn)行測量的時(shí)候，往往也可以降低飛行的高度，并以此來獲取到更大范圍的數(shù)據(jù)，從而能夠縮短測量的周期，不僅可以提高地形測量的準(zhǔn)確度，同時(shí)也能夠節(jié)省大量的測量時(shí)間，使我國的測量技術(shù)能夠獲得更為良好的發(fā)展。

3 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在地形測量中存在的問題

雖然說，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)本身具有數(shù)據(jù)獲取即時(shí)、靈活性高、信息處理快等諸多優(yōu)勢，在地形測量中也占據(jù)著十分重要的位置，不過該技術(shù)也有一些問題要引起重視。關(guān)于無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在地形測量中存在的問題，大致可以分為4個(gè)方面：①利用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)來進(jìn)行地形測量時(shí)，往往會(huì)存在著一定的不確定性。例如，在進(jìn)行區(qū)域測量的過程中，即便是處于單模型之中，其定向的精度也可能會(huì)出現(xiàn)超限的情況[3]。正是由于此類超限情況的存在，使得整個(gè)測圖定點(diǎn)存在著較大的誤差。②無人機(jī)本身的體積比較小，其荷載也比較低，因此無人機(jī)在進(jìn)行地形測量的過程中往往無法攜帶一些常規(guī)的攝像設(shè)備等，也就難以完成一些較為常見的航攝工作。在這種情況之下，大多數(shù)無人機(jī)的拍攝工作，往往是需要經(jīng)過后期的改良，并且需要利用普通的微單相機(jī)來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。此類微單相機(jī)的感光單元存在一定的局限性，從而可能會(huì)使最終的成圖難以達(dá)到一個(gè)更為精準(zhǔn)的狀態(tài)。③無人機(jī)在進(jìn)行城市地形測量時(shí)，會(huì)存在一定的局限性。城市中的人口數(shù)量眾多，且各類高樓大廈較為密集，在這種情況下，無人機(jī)往往難以找到合適的落腳點(diǎn)。與此同時(shí)，無人機(jī)本身就具有許多種不同的類型，而不同類型的無人機(jī)對于起降的地點(diǎn)以及周邊的環(huán)境等都有不同的要求。因此，從當(dāng)前這一時(shí)期的實(shí)際情況來看，如果想要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何條件下都能夠開展地形測量工作，實(shí)際上還是有一定難度的。④無人機(jī)本身的續(xù)航能力較弱，同時(shí)其航行的環(huán)境也是難以進(jìn)行預(yù)測的。簡單來說，無人機(jī)在正常行駛的時(shí)候，往往需要依靠汽油或者是電池來為自身提供動(dòng)力。如果我們以8000Ah 的電池為例，那么這一電池一般只能讓無人機(jī)續(xù)航50min 左右。雖然說，利用汽油能夠增加無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，但是利用汽油來使無人機(jī)運(yùn)行的話，如果在飛行的過程中遇到了強(qiáng)風(fēng)等不良環(huán)境，可能會(huì)造成較為嚴(yán)重的不良后果。

4 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用方法

4.1 像控點(diǎn)布設(shè)

像控點(diǎn)布設(shè)主要分為兩部分的內(nèi)容。一部分為暴恐區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)；另一部分為相片控制點(diǎn)測量。所謂的暴恐區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)，主要就是依據(jù)平高點(diǎn)特點(diǎn)，來把區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)依據(jù)無人機(jī)航空拍攝線路的跨度特點(diǎn)，劃分出4 條航線，而在一些不規(guī)則的區(qū)域之中，則可以把不均勻凹凸位置進(jìn)行平高點(diǎn)的補(bǔ)充布設(shè)[4]。在進(jìn)行相片控制點(diǎn)測量時(shí)，一般還需要利用到接收以及控制等相關(guān)設(shè)備，并且需要把此類設(shè)備歸入到整體的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之中。工作人員還需要先對區(qū)域內(nèi)像控點(diǎn)平高點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先的設(shè)置。最后，在實(shí)際開展像控點(diǎn)貫徹的過程中，工作人員還需要對無人機(jī)上的攝像設(shè)備進(jìn)行初始化的設(shè)置，并且需要在每個(gè)站點(diǎn)設(shè)置至少三次的觀察頻率，確保最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。總之，像控點(diǎn)布設(shè)工作的進(jìn)行是十分關(guān)鍵的，而在這一工作中暴恐趨于網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)以及像片控制點(diǎn)測量都是十分重要的，還需要工人員引起足夠的重視。

4.2 立體采編測量

在獲得了無人機(jī)的地形測量數(shù)據(jù)之后，工作人員就可以利用業(yè)內(nèi)的立體信息所，把測量區(qū)域中的各類地形數(shù)據(jù)信息等進(jìn)行統(tǒng)一的管理。為了確保測量區(qū)域中各類測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，工作人員還需要盡量使用手動(dòng)的方式來對等高線等較為重要的信息進(jìn)行采編，而對于一些比較普通的信息，工作人員就可以利用計(jì)算機(jī)來開展立體采編這一工作。不過，在進(jìn)行立體采編的過程中，其工作人員還需要注意，這一工作內(nèi)容對于準(zhǔn)確度的要求是比較高的，因此工作人員需要嚴(yán)格控制物體線節(jié)點(diǎn)以及各類數(shù)據(jù)等，同時(shí)還需要確定無人機(jī)在進(jìn)行航空拍攝的時(shí)候所獲得的數(shù)據(jù)都是十分準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，不然可能會(huì)對最終立體采編的準(zhǔn)確度產(chǎn)生不良的影響[5]。除此之外，如果是針對房屋結(jié)構(gòu)等進(jìn)行測量的工作，那么工作人員首先還需要處理好房屋外部的邊緣輪廓，要精準(zhǔn)校對房檐邊等數(shù)據(jù)以確保最終測量的準(zhǔn)確性。在面對一些無法進(jìn)行測量的區(qū)域時(shí)，也需要做好相應(yīng)標(biāo)記，確保整個(gè)地形測量工作的整體性。最后，在利用無人機(jī)來進(jìn)行地形測量時(shí)，還必須要確保采編地形信息的準(zhǔn)確性，這點(diǎn)是十分重要的，如果準(zhǔn)確性難以保證，那么最終的業(yè)內(nèi)立體信息的統(tǒng)一編碼也可能會(huì)產(chǎn)生一些問題，從而會(huì)對整個(gè)地形測量的準(zhǔn)確度造成負(fù)面影響。

4.3 外業(yè)補(bǔ)測操作

無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在實(shí)際使用的過程中，一般會(huì)存在測量的盲區(qū)，針對此類盲區(qū)，測量人員還需要利用數(shù)據(jù)分析等，來及時(shí)進(jìn)行查找，并需要在查找后及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)測工作，以確保最終數(shù)據(jù)的完整性。一般來說，工作人員在對盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)測的時(shí)候，常常會(huì)選擇人工的方式。在進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測操作的過程中，其工作人員還需要對最終的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，如果存在誤差等問題，要及時(shí)進(jìn)行改正，確保最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。除此之外，在進(jìn)行實(shí)際無人機(jī)航空檢測的過程中，還需要盡量排除各類干擾因素，確保最終地形測量的準(zhǔn)確度。

4.4 空間三角測量

依據(jù)我國當(dāng)前的無人機(jī)測量技術(shù)的實(shí)際情況來看的話，該技術(shù)開展相應(yīng)的地形測量工作時(shí)，一般需要利用到空間三角測量這一方式。通過空間三角測量這一方式，能夠使整個(gè)測量工作的準(zhǔn)確度得以提升。實(shí)際上，所謂的空間三角測量，就是利用空間三角模型，同時(shí)結(jié)合相關(guān)的理論等，來進(jìn)行測量這一工作，在工作的過程中工作人員還需要對加密點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)置。所謂合理設(shè)置，就是要求工作人員在設(shè)置加密測量點(diǎn)的時(shí)候，要選擇出整個(gè)測量區(qū)域之中較為明顯的地點(diǎn)，并且還需要對加密點(diǎn)之間的距離，進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注工作。關(guān)于加密點(diǎn)的距離，應(yīng)該要在地圖上進(jìn)行科學(xué)的表現(xiàn)。工作人員在對河道等地點(diǎn)進(jìn)行測量工作時(shí)，為了確保無人機(jī)測量工作的穩(wěn)定性，還應(yīng)該要盡量提高航測節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)高度差。除此之外，當(dāng)工作人員完成了加密點(diǎn)布置這一工作后，就可以使用空間三角測量來開展后續(xù)的工作。不過，由于空間三角測量往往會(huì)包含諸多不同的工序，因此在開展這一工作的同時(shí)，對于工作人員來說，還應(yīng)該要依據(jù)測量的實(shí)際情況等，來對精度進(jìn)行合理控制，確保各項(xiàng)工作的開展可以更為順利。

4.5 航線設(shè)計(jì)與地面控制

使用航線設(shè)計(jì)與地面控制來進(jìn)行地形圖測量的過程中，工作人員首先還應(yīng)該要先對測量區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行一個(gè)全面且充分的分析工作，比如工作人員需要事先了解測量區(qū)域中的面積以及地貌等情況，在了解之后，工作人員可以依據(jù)最終得出的結(jié)果來合理設(shè)計(jì)無人機(jī)的飛行路線圖。同時(shí)，工作人員還需要注意，在進(jìn)行無人機(jī)飛行路線圖設(shè)計(jì)的過程中，還需要把無人機(jī)本身的飛行高度以及航向等，在相應(yīng)的位置進(jìn)行明確標(biāo)注。這種標(biāo)注的主要目的，是為了確保最終測量工作的順利進(jìn)行。

4.6 內(nèi)業(yè)數(shù)字化測圖

內(nèi)頁數(shù)字化測圖主要可以分為兩個(gè)方面：①地貌測量。②接邊等位置測量。在進(jìn)行地貌測量的時(shí)候，工作人員首先還需要注意下述幾項(xiàng)內(nèi)容。首先，在進(jìn)行測量的時(shí)候，如果是測量較為熟悉的地貌元素，則可以依據(jù)相關(guān)的需求直接進(jìn)行測量工作；如果是測量不太熟悉的地貌元素，則可以只進(jìn)行外括的測量，剩余的可以當(dāng)做疑點(diǎn)交給外業(yè)進(jìn)行處理[6]。其次，在進(jìn)行測量時(shí)，工作人員還需要對外業(yè)進(jìn)行仔細(xì)的校對等工作，同時(shí)針對內(nèi)業(yè)中一些沒有及時(shí)作出判斷的元素，要進(jìn)行相關(guān)的補(bǔ)充。關(guān)于接邊等位置的測量，簡單來說，就是在開展測量工作的過程中，如果對于一些地貌元素等沒有辦法及時(shí)做出正確的判斷，那么工作人員在進(jìn)行內(nèi)業(yè)工作的過程中，只需要把輪廓線繪制出來即可，剩余內(nèi)容可以當(dāng)做疑點(diǎn)交給外業(yè)處理。對于外業(yè)來說，其主要的工作內(nèi)容，就是需要對內(nèi)業(yè)的測量等工作進(jìn)行檢查，并且需要及時(shí)補(bǔ)充內(nèi)業(yè)中的各類疑點(diǎn)，在最終完成成像測量后，外業(yè)也需要對其進(jìn)行仔細(xì)的核對與校驗(yàn)等工作。

4.7 數(shù)字線劃圖研究

在開展這一工作的過程中，其工作人員往往還需要借助數(shù)字測量工作站，同時(shí)還需要利用CAD 等軟件，來對測量的數(shù)據(jù)等展開科學(xué)的分析。詳細(xì)來說的話，工作人員在進(jìn)行實(shí)際的測量工作之前，需要先進(jìn)行定向。不過，由于數(shù)字線劃圖本身的工作特點(diǎn)，導(dǎo)致內(nèi)業(yè)測量工作的開展會(huì)存在比較大的誤差。基于此，工作人員還需要對測量的實(shí)際情況進(jìn)行仔細(xì)地觀察，需要盡量降低各項(xiàng)誤差，同時(shí)應(yīng)該要保證測量的準(zhǔn)確性。在實(shí)際工作的過程中，還應(yīng)該要利用不同的元素、不同的顏色以及線條等進(jìn)行標(biāo)注，進(jìn)一步提升數(shù)字線劃圖的工作質(zhì)量。

4.8 全數(shù)字化圖像測量及數(shù)字正射影像圖的制作

這種全數(shù)字化圖像的測量技術(shù)，主要是針對一些難以進(jìn)行測量的地點(diǎn)而言的，例如一些較為隱蔽的地理位置等。在開展這一工作之前，對于工作人員來說，還需要先開展外業(yè)補(bǔ)測作業(yè)，并且需要對局部的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和分析，及時(shí)排查出一些存在誤差的位置并作出修正，確保最終圖像測量的精準(zhǔn)性。對于所謂的數(shù)字正射影像圖制作來說，就是利用全數(shù)字化的系統(tǒng)等，來獲得準(zhǔn)確度更高的數(shù)字圖像模型。在開展這一工作時(shí)，工作人員可以從以下幾個(gè)方面入手。首先，工作人員還需要對當(dāng)前的局部影像數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的處理，比如可以對影像的色彩等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使最終的影像更加清晰。其次，對于工作人員來說，也應(yīng)該要對正射影像鑲嵌接邊的準(zhǔn)確度進(jìn)行仔細(xì)的檢查，確保這一數(shù)值可以達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。最后，在使用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)時(shí)，由于無人機(jī)本身的特點(diǎn)，工作人員還需要盡量對環(huán)境因素等進(jìn)行合理的控制，避免一些不良環(huán)境因素等對無人機(jī)的實(shí)際工作產(chǎn)生影響。例如，在進(jìn)行地形圖測量的時(shí)候，工作人員應(yīng)該要盡量選擇風(fēng)小且天氣比較晴朗的時(shí)候，在這種較為良好的環(huán)境中開展測量工作，往往可以獲得更為準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)的質(zhì)量。

5 結(jié)語

總之，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)，為我國當(dāng)前地形圖測量工作的開展帶來了諸多的便利，同時(shí)也能夠?yàn)檫@一工作的開展提供更多準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，而這些數(shù)據(jù)信息對于我國未來的城市發(fā)展以及基礎(chǔ)建設(shè)而言其實(shí)都有不容忽視的意義?；诖耍瑢τ谙嚓P(guān)從業(yè)人員來說，還需要對無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)進(jìn)行更為深入的了解，需要在實(shí)際工作的過程中，不斷提升地形測量的準(zhǔn)確性與智能性，使地形測量工作能夠不斷朝著更加實(shí)時(shí)化的方向前進(jìn)。當(dāng)然，為了能夠早日實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相關(guān)從業(yè)人員也需要不斷提升自身的專業(yè)能力，不斷提升無人機(jī)攝影航空測量技術(shù)的整體水平，進(jìn)一步促進(jìn)我國地形測量領(lǐng)域的全面化發(fā)展。