淺談無人機(jī)攝影測量技術(shù)在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用

郭進(jìn)鵬

摘 要：無人機(jī)攝影測量技術(shù)在新時期得到了迅速的發(fā)展，其在突破時代技術(shù)限制的同時，在數(shù)字化地形測量方面取得了傲人的成績。探索其在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用，需把握測量目標(biāo)的基本特征，明確無人機(jī)攝影測量技術(shù)當(dāng)前的應(yīng)用手段，以此為基礎(chǔ)來制定針對性的應(yīng)用方案，以此來達(dá)到相應(yīng)的測量目的。就無人機(jī)攝影測量技術(shù)特征概述、測量目標(biāo)概述、無人機(jī)攝影測量技術(shù)在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用措施進(jìn)行了論述與分析。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)攝影測量技術(shù);大面積數(shù)字化地形測量;應(yīng)用

中圖分類號：P231.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）05-0100-03

0 引言

探索并研究無人機(jī)攝影測量技術(shù)在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用，需考慮到地區(qū)的地形地貌與地理環(huán)境等，在收集各項系統(tǒng)資料的同時，明確測量作業(yè)技術(shù)依據(jù)，以此為前提來探索無人機(jī)攝影測量技術(shù)的具體路徑，并要求測量人員能夠掌握該項技術(shù)的核心要義以及具體應(yīng)用方式，如此才可按照固定的流程來推進(jìn)測量工作，發(fā)揮出該項技術(shù)最大的價值，推進(jìn)測量工作的穩(wěn)定進(jìn)行。

1 無人機(jī)攝影測量技術(shù)特征概述

無人機(jī)設(shè)備一般飛行高度控制在50～1 000 m，其攝影測量多用于近景拍攝，且可在一定程度上滿足數(shù)字化測量特征，比較適宜復(fù)雜地勢下的大面積數(shù)字化地形測量。在進(jìn)行測圖時，無人機(jī)攝影系統(tǒng)可發(fā)揮較好的效果，可準(zhǔn)確、快速地完成各項測繪作業(yè)。借助可視化作業(yè)，集中捕捉各個區(qū)域的地形特征并進(jìn)行系統(tǒng)化分析，對分析結(jié)果進(jìn)行整合與集中處理，以此來清晰、直觀地展示各項信息，整體過程突出可靠、高端、科學(xué)的特征。

2 測量目標(biāo)概述

以安哥拉首都羅安達(dá)MUNDIAL區(qū)和CAMAMA區(qū)為例，探究無人機(jī)攝影測量技術(shù)在非洲大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用。羅安達(dá)位于安哥拉西部大西洋沿岸，東經(jīng)13°30′、南緯8°50′，大部為海拔200 m以下的平原，東北部有低山丘陵。氣候干旱，年降水量400 mm左右。寬扎河、本戈河、丹德河等流經(jīng)。

3 無人機(jī)攝影測量技術(shù)在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用

從以下數(shù)個方面來探索無人機(jī)攝影測量技術(shù)在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用。

3.1 無人機(jī)攝影測量作業(yè)依據(jù)

無人機(jī)攝影測量技術(shù)在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用過程中，需遵循《無人機(jī)航攝安全作業(yè)基本要求》《無人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)要求》《低空數(shù)子航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》《數(shù)字航攝儀檢定規(guī)程》《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》作業(yè)要求，以此來保障無人機(jī)攝影測量整體作業(yè)過程，達(dá)到相應(yīng)的測量目標(biāo)。

3.2 布設(shè)像控點

其一，要求布設(shè)得像控點明亮、清楚，便于后續(xù)準(zhǔn)確判斷布控點位置;其二，測區(qū)內(nèi)布置像控點時，應(yīng)注意該區(qū)域的明亮度、易保存性，盡量不設(shè)置在不易觀看的地區(qū)，選擇以噴涂、刻石等形式來一一布置像控點[1];其三，若是布置在硬化路面，可選擇以鋼釘作為標(biāo)志;其四，所有像控點都至少有一個通視點;其五，選擇布設(shè)像控點密度時，應(yīng)以測區(qū)內(nèi)的整體地形地貌與測量需求來決定，以采集到各個區(qū)域的實際情況為基礎(chǔ)來選定控點密度;其六，在布置相控點時，可選擇特征比較明顯的“T”標(biāo)識，然后按照T1、T2的方式進(jìn)行一一標(biāo)注，其中“T”指的是圖根控制，1/2指的是圖根點序號;其七，在像控點布設(shè)時應(yīng)盡量避開狹窄的溝渠、陡峭的山頂、崎嶇的山坡，若是一些像控點與相片要求存在沖切，應(yīng)重新考慮布設(shè)點。

3.3 像控點測量

測量整體過程選擇的測量工具是中海達(dá)V90GPS型接收機(jī)，其水平、垂直標(biāo)稱精度分別控制在±8 mm+1 ppm與±15 mm+1 ppm區(qū)間范圍內(nèi)[2]。具體作業(yè)方式如下所示：像控點測量前，首先依靠測量區(qū)域內(nèi)的四等水準(zhǔn)點、平面控制點，計算得出對應(yīng)的嚴(yán)密轉(zhuǎn)換參數(shù)，在計算過程中應(yīng)當(dāng)注意以下要點：選擇恰當(dāng)?shù)莫毩⒆鴺?biāo)系坐標(biāo)成果，得到成果后納入對應(yīng)的處理軟件中，配合其他測量成果進(jìn)行系統(tǒng)的分析，最后根據(jù)分、分析結(jié)果來進(jìn)行系列的校正工作，點校正計算之后得到的轉(zhuǎn)換殘差誤差值控制在2 cm之內(nèi)，高程擬合模型誤差控制在3 cm之內(nèi);最后再將轉(zhuǎn)換參數(shù)均勻的布置在測量區(qū)域范圍內(nèi)。

3.4 航空攝影

其一，航空攝影布點。根據(jù)測圖精度要求做好控制點布設(shè)與采集，要求點位分布均勻有高差，測區(qū)四周和中間必須有點，盡量多布設(shè)，以便滿足精度要求，后期也可留作檢查點?？刂泣c附近最好相對平坦，沒有高層建筑和樹木遮擋。房屋較密的地方控制點間隔200 m左右，平原空曠地區(qū)可適當(dāng)放寬布控制點的距離，可以 250 m左右。需明確標(biāo)明控制點的點號，做好點之記;

其二，像片刺點[3]。在布設(shè)航空影像控點時，可不用過多顧及像片重疊度條件，只需保證像控點要刺的可讀性、清晰度，比如在坪角位置、斑馬線角位置等關(guān)鍵點，要求刺點符合平高點位置標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求;

其三，進(jìn)行像控測量。像控點測量過程可選擇RTK來達(dá)到實測目的，還可選擇GPS來展開全面的靜態(tài)測量，測量精度上下控制在0.2 m之內(nèi)。

3.5 數(shù)據(jù)處理

其一，按照具體的數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)來核查各項影像數(shù)據(jù)，確保重疊度、旋偏角滿足基本使用要求，并細(xì)致檢查航攝過程，確保其不存在漏洞。其二，格式轉(zhuǎn)換[4]。需轉(zhuǎn)化原始航片影像數(shù)據(jù)格式為TIF格式，如此可實現(xiàn)其在空三軟件中的直接使用。其三，按需進(jìn)行影像旋轉(zhuǎn)，為便于相片連接，了選擇西、北方為正方向，便于觀察與后續(xù)的各項處理工作。

3.6 空三加密

其一，在處理影像數(shù)據(jù)之后，輸送至空三軟件進(jìn)行加密，再選擇光束法區(qū)域網(wǎng)完成后續(xù)的平差操作。其二，整體測量誤差控制在0.05 mm之內(nèi)，丘陵地、平地測量時誤差控制在0.02 mm之內(nèi)，各個檢查點布置時控制在0.03 mm之內(nèi);高地、山地測量區(qū)域內(nèi)誤差控制在0.03 mm之內(nèi)，各個檢查點布置控制在0.04 mm之內(nèi);其三，在進(jìn)行絕對定向之后，需按照如下表1所示標(biāo)準(zhǔn)來一一測量各處的標(biāo)準(zhǔn)值[5]。

綜合分析表1，需把握以下要點：基本定向點殘差值整體測量結(jié)果應(yīng)當(dāng)為加密點測量誤差值的3/4;多余控制點不符值在測量時顯示的值應(yīng)當(dāng)為加密點測量值誤差5/4;加密點誤差需保持在公共點較差1/2;加密點誤差若是按照單個區(qū)域、全區(qū)存在時按照如下公式展開系統(tǒng)計算。

控制點中誤差mq、公共點中誤差mg，其表達(dá)式分別為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。其中△是控制點代表的不符值，d是相鄰航線存在的公共點較差，n是評定精度測量之后顯示的點數(shù)，單位m;平面坐標(biāo)取值0.001 m;加密點在3個標(biāo)準(zhǔn)點周邊位置選定，若是遭遇異常情況時，刻選擇增減連接點的具體布置區(qū)域與數(shù)值;若是連接點位置存在比較嚴(yán)重的轉(zhuǎn)點故障時，可選擇切換連接方式，手動連接，使用該種模式時應(yīng)保證該處存在1～3個連接點;在測量并處理落水區(qū)域的航拍時，應(yīng)當(dāng)考慮到當(dāng)?shù)貐^(qū)域的特殊性，提前進(jìn)行現(xiàn)場無人機(jī)勘察，以勘察結(jié)果來制定航拍線路，以此來實現(xiàn)對該區(qū)域的整體把握[6]。

3.7 精度指標(biāo)選取

二、四等GPS控制網(wǎng)主要精度指標(biāo)如表2所示。

四等水準(zhǔn)測量符合路線長度不超過80 km，環(huán)線周長不超過100 km;同級網(wǎng)中結(jié)點間距離不超過30 km，其中四等水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)指標(biāo)如下表3所示。

其中，K為測段、區(qū)段、路線長度，單位為km;當(dāng)測段長度小于0.1 km時，按0.1 km計算;L為符合路線長度;R為檢測已測段長度。

3.8 地形圖技術(shù)指標(biāo)選取

地形圖碎部測量時，控制測站點各個圖根點之間的誤差在0.3 mm范圍內(nèi)，實地則控制在15 cm范圍內(nèi)，高程誤差等高距控制在5 cm之內(nèi);地物點、鄰近圖根點之間點位中誤差控制在0.5 mm之內(nèi)，實地則控制在25 cm之內(nèi);各個地物點之間的中誤差控制在0.4 mm之內(nèi)，實地則控制在20 cm之內(nèi)[7]。若是整體測量過程皆是選擇野外實測，則需控制建筑區(qū)地形圖高程注記點、鄰近圖根點之間的高程誤差在0.15 mm之內(nèi);其他區(qū)域的高程注記點、等高線插求點存在的高程中誤差，實地控制在16 cm之內(nèi)。

3.9 繪制地形圖

繪制地形圖是整體測量工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為確保地圖繪制準(zhǔn)確度，需引入數(shù)字化技術(shù)，在適宜、適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，通過航空拍攝法，優(yōu)化比例尺、清晰度，提升拍攝的規(guī)范性、全面性，比如在測量湖泊、水庫、河流時，可選擇航空攝影拍攝，并可直接觀察測量目標(biāo)，求出測量結(jié)果。為進(jìn)一步提升地形圖繪制過程的準(zhǔn)確度，可從無人機(jī)測量方式與工作原理、地形圖繪制思路入手，引入大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，優(yōu)化整體信息數(shù)據(jù)，提升圖像地形、數(shù)據(jù)地形之間的統(tǒng)一度[8]。為提升無人機(jī)攝影測量技術(shù)的應(yīng)用水平，可著重對操控?zé)o人機(jī)的技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，使其能夠掌握更加全面的無人機(jī)操作技術(shù)，從而能夠在測量時，準(zhǔn)確地把握飛行高度、飛行速度與飛行路徑，再結(jié)合各項拍攝圖片、數(shù)字信息、技術(shù)指標(biāo)、精度指標(biāo)等信息，獲取最后滿足測量所需的結(jié)果。

4 結(jié)語

綜述，文章就無人機(jī)攝影測量技術(shù)在大面積數(shù)字化地形測量的應(yīng)用進(jìn)行了論述與分析，探討了該項技術(shù)對于大面積數(shù)字化地形測量具體效用與促進(jìn)意義，并建議測量人員能夠從實際項目情況出發(fā)，制定針對性的測量計劃，并在測量過程中，根據(jù)測量反饋來及時地調(diào)整與優(yōu)化測量計劃，以此來達(dá)到相應(yīng)的測量目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 周福.無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用與實踐分析[J].大科技，2019（4）：136-137.

[2] 周永丹.淺談無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2019（15）：244.

[3] 李斌，韓艷超.分析未來地形測量中的無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)[J].地礦測繪，2021（1）：85-86.

[4] 雷瑜，周吾珍.淺析無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在國土調(diào)查中的應(yīng)用前景[J].資源與人居環(huán)境，2019（7）：11-13.

[5] 巨正平，路云.基于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在大比例地形測繪中的應(yīng)用探討[J].江西科學(xué)，2019（5）：723-726.

[6] 趙新華，孫江濤，王玉靜，等.基于無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)進(jìn)行礦山大比例尺地形測繪的可行性研究[J].地理信息世界， 2019（3）：118-121.

[7] 馬婷.無人機(jī)傾斜攝影測量在大比例尺地形圖中的應(yīng)用分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019（17）：17.

[8] 王志新，張琪.無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2021（16）：182-183.