無人機攝影測量技術在數(shù)字化地形測量的應用

楊虹

山西紫峰科技有限公司，山西太原，030027

0 引言

在當前我國的地形測量中，大多使用數(shù)字化測量技術。無人機設備在數(shù)字化測量中憑借其簡單便捷的操作手段，以及精準的測量結果，獲得了大量數(shù)字化地形測量人員的一致關注與廣泛認可。近幾年，無人機技術被廣泛應用于數(shù)字化地形測量工作之中，無人機攝影測量技術的使用大大提高了地形測量的工作效率，并在此基礎上，帶來了更準確的地籍測量結果與測量精度。這使得無人機在數(shù)字化地形測量應用中嶄露頭角，并成為未來數(shù)字化地形測量的重要發(fā)展趨勢之一。

1 無人機及其攝影測量技術簡介

1.1 無人機技術的發(fā)展歷史

從歷史學的角度來說，無人機技術的實踐化應用，已經(jīng)成為飛機行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一項里程碑工程。從其概念上來說，無人機的最大價值在于它可以實現(xiàn)無人駕駛。當前，我國常見的無人機駕駛方式主要包括兩種：第1種為無線電遠程直接駕駛技術，這種技術通過遠程操控來實現(xiàn)無人機駕駛技術；第2種稱之為車載計算機控制駕駛，該方式以計算機作為操作源，實施對無人機的自主與自由駕駛[1]。

從具體的使用功能上來說，無論是哪一種駕駛方式，都不需要由人工實現(xiàn)相關飛機的操作與駕駛。這兩種技術的應用，使得無人機在執(zhí)行任務范圍方面獲得了更廣泛的發(fā)展空間。與此同時，按照功能和特性進行劃分，無人機能夠被劃分為兩大類，分別為軍用無人機和民用無人機兩種。其中，軍用無人機主要用于軍事方面的偵察與通信技術。而民用無人機主要用于氣象、勘探、農用和監(jiān)測等日?；瘧梅矫?。近年來科學技術的發(fā)展，使得無人機技術在不同領域都得到了更加良好的發(fā)展機遇，以地形測量領域為例，無人機的應用為數(shù)字化地形測量帶來了良好的應用效果，也給我國的地形測量提供了更加準確的數(shù)字化地質地形測量信息[2-4]。

1.2 無人機攝影測量系統(tǒng)的組成

無人機攝影測量技術之所以能夠廣泛應用于地質地形測量之中，主要原因在于該攝影測量技術具有完善的應用系統(tǒng)平臺。在實際的無人機攝影測量過程中，其系統(tǒng)組成主要包括兩部分，分別為數(shù)字化測量應用系統(tǒng)平臺中的軟件和硬件兩部分。無人機攝影測量系統(tǒng)能夠融合與發(fā)揮良好的地形測量與管理控制功能，并根據(jù)無人機攝影測量結果，準確推導出測量的數(shù)字化地形數(shù)據(jù)。在無人機攝影測量技術的實踐化應用過程中，無人機需要按照指定的飛行路線進行相關的攝影測量技術應用。因此，在對航測細致化檢查中，需要確保傳輸?shù)臄?shù)字化信息數(shù)據(jù)的有效性和合理性，并在此基礎上盡量提高數(shù)字化信息數(shù)據(jù)的傳遞速度，進而捕捉真實的地形數(shù)據(jù)，獲取更加準確的地形地貌數(shù)字化電子地圖，提高數(shù)字化測量應用系統(tǒng)的應用效率[5]。

1.3 無人機攝影測量原理

無人機攝影技術是通過在無人機飛行平臺上搭載多臺數(shù)碼相機。同時從垂直和傾斜多個不同的角度獲取高分辨率航拍影像，一般常用的是五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)，結合無人飛行平臺搭教的GPS/IMU系統(tǒng)獲取的POS數(shù)據(jù)和像控點數(shù)據(jù)，經(jīng)過相關軟件處理獲取點云數(shù)據(jù)、數(shù)字正攝影像和三維模型的攝影測量技術。傾斜攝影測量技術有下面幾項關鍵技術：影像數(shù)據(jù)的畸變校正和勻光勻色和POS數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)的轉換、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、傾斜影像的密集匹配、數(shù)字表面模型的生成、真正攝影像校正和三維模型的生成等。

2 無人機測量技術在數(shù)字化地形測量應用中的特點和作用

2.1 應用特點

2.1.1 無人機攝影測量技術的可靠性

采用無人機技術進行攝影測量的時候，無人機的飛行高度需要控制在50m到1km之間，這個距離范圍內的攝影測量方法被稱之為近景航空測量法。在進行這樣距離范圍的地形測量時，可以把相關的測量精度控制為10cm到50cm之間。根據(jù)標準化地形測量要求，地形測量的精度在小于1m的情況下，能夠極好地滿足數(shù)字化地形測量技術所需要的標準化精度要求。在無人機展開航拍技術的同時，可以通過遠程的可視化操作方式，進行基于實時的精確拍攝，并且可以控制拍攝點對應的位置范圍以及無人機的飛行方向等相關參數(shù)內容。從數(shù)字化地形測量方向和角度出發(fā)，采用無人機進行拍攝任務，能夠通過數(shù)字化系統(tǒng)應用平臺展示出無人機全范圍內的飛行路徑。由此，當出現(xiàn)拍攝遺漏點的情況下，能夠迅速尋找出遺漏點，并進行無人機攝影補拍工作，這使得無人機攝影測量技術相較于其他技術而言，具有更高的測量精度與準度[6]。

2.1.2 無人機攝影測量技術的安全性

相較于傳統(tǒng)的GPS衛(wèi)星遙控技術而言，無人機攝影測量技術不容易受到云層或地形的影響。因此，該技術出現(xiàn)測量誤差的情況也會大幅度減少。與此同時，一些地質環(huán)境超級惡劣的地區(qū)，在實施地形測量技術的時候，容易受到外在自然環(huán)境影響，給地址勘測人員帶來一定的身體健康影響，甚至會危及相關人員的生命安全。無人機攝影測量技術的應用，不受飛行高度以及地形地勢的影響。無人機管理控制人員只需要在電腦前實施遠程監(jiān)控，就可以保證地形測量工作的安全有序展開，并獲得更加準確的數(shù)字化地形測量結果值。

2.2 無人機攝影測量技術的靈活性

用于實施數(shù)字化地形測量的無人機，一般設計得都比較小巧，且動力十足。這使得地形測量無人機在實踐化的應用方面，具有一定的靈活性。它不會受到所測量地區(qū)的氣候和地質因素影響，可以被安置在任何理想化的地理測量區(qū)域，展開實時攝影測量技術。一般來說，該類型的無人機在升空15分鐘之內就可以實現(xiàn)起飛與航行，并且每天都能夠完成160~200km2范圍內的數(shù)字化地形測量。

2.3 主要應用作用

在數(shù)字化地形測量工作中，無人機攝影測量設備系統(tǒng)能夠很好地發(fā)揮數(shù)字化測量效用，并能夠更加快捷、準確地實現(xiàn)地形測量的數(shù)字化轉換。無人機攝影測量技術依托可視化操作平臺，以攝影和照片抓拍的形式，捕捉和分析各種各樣地形的物理地質特點，并將所獲得的數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)信息輸入到可視化工作平臺之中，展開集中化的測量數(shù)據(jù)信息流處理并形成電子地形圖，將輸入計算機的地理地形信息，以更加直觀的可視化地圖方式形象地展示出來。與此同時，在偏遠復雜的地形區(qū)域，利用無人機實現(xiàn)指定區(qū)間的數(shù)據(jù)搜索與檢測，能夠有效解決傳統(tǒng)地形地貌測量技術中潛在的“盲區(qū)”問題，在降低工作難度的前提下，能夠更好地提高相關地理區(qū)域數(shù)字化地形測量的準確度[7]。

3 無人機攝影測量技術的應用方法探析

科學技術的進步與人類生活的日新月異，給航空攝影測量技術帶來了越來越多的發(fā)展機遇。從某種意義上來說，無人機設備的數(shù)字化地形測量應用，是我國科學技術方面發(fā)展的又一項偉大突破與技術進步。當前，我國常見的無人機攝影技術應用方法，主要包括以下幾個方面。

3.1 基于無人機攝影測量技術的測量方法

無人機攝影測量技術應用于地形測量之中，能夠更合理地發(fā)揮測量技術的優(yōu)勢，解決特殊地理環(huán)境下的地址信息數(shù)據(jù)成像問題。無人機技術以GPS定位為基礎，將自身所拍攝圖片與其對應的地理位置信息進行有機的融合，進而生成完整的數(shù)字化圖像信息。把這些數(shù)字化圖像信息與計算機圖形學相結合，并經(jīng)過地形測量信息系統(tǒng)的深入分析與軟件加工，生成具有可視化效果的數(shù)據(jù)影像，既保證地形數(shù)據(jù)信息測量的準確性與穩(wěn)定性，也獲得了更加直觀的地形測量可視化電子地圖。

3.2 基于無人機攝影測量技術的像片測量方法

像片測量點與控制點作為無人機攝影測量技術的一項重要影響元素，其測量技術的實踐化應用，成為了無人機測量技術的重點工作內容。在數(shù)字化地形測量過程中，通過像片測量技術來運用像片控制點，能夠保證所有的地形測量實際操作在COS所控的區(qū)域范圍內。并通過對無人機飛行技術的研究，做好無人機控制點的維護工作，保證數(shù)字化地形測量的有效進行。

3.3 基于無人機攝影測量技術的空中三角測量方法

在進行數(shù)字化的地形測量與實踐化應用過程中，空中三角測量技術具有極高的地形測量應用價值，并能夠以立體式的數(shù)字化測量技術，利用較少的控制點實現(xiàn)空中攝影質量的提高與攝影效率的改進。三角測量技術能夠大幅度降低無人機測量技術的影像處理難度，通過科學的技術手段，以計算機應用代碼的方式，提高了無人機攝影測量技術的自動化效果，并保證系統(tǒng)能夠高效完成指定工作任務，滿足數(shù)字化地形測量技術要求的同時，保障了系統(tǒng)的科學、有效運作。

3.4 基于無人機攝影測量技術的地形地圖繪制方法

在無人機攝影測量過程中，繪制地形地圖是其完成數(shù)字化地形測量任務的主要工作環(huán)節(jié)之一。在進行電子地形地圖繪制時，為了保障無人機獲取數(shù)據(jù)的精密度，地形測量相關人員需要深入研究地形測量相關參數(shù)的數(shù)字化技術應用方案。并在適合的機遇下，利用無人機航拍的方法，優(yōu)化地形地圖攝影的清晰度，并以比例尺的方式設計電子地形地圖。當遇到特殊地質條件時，如在測量河流、湖泊與水電站等地形區(qū)域的數(shù)字化地理信息時，可以通過航空攝影測量法，進行地形測量技術的簡化應用。該技術能夠直接利用航拍的測量數(shù)據(jù)展開運算測量，進而獲得有效的數(shù)字化地形測量結果。

與此同時，為了能夠更好地提升電子地圖繪制技術水平，地形測量相關人員還需要從無人機測量技術的具體工作原理出發(fā)，系統(tǒng)運用地形繪制技術，優(yōu)化對地形測量信息數(shù)據(jù)的整合與應用效果，在最大限度上以數(shù)字化的設計思路，實現(xiàn)無人機測量技術的高效應用。并結合無人機所拍攝的地形測量圖片，制定出合理的數(shù)字化地形測量結果。

4 結語

綜上所述，依托無人機攝影測量技術，能夠較好地提高數(shù)字化地形測繪測量工作的效率，使其發(fā)揮更加有效的數(shù)字測繪作用。無人機相關的測繪技術的廣泛應用將更好地推動我國城市化國土資源建設行業(yè)的快速發(fā)展。另外，無人機的應用范疇伴隨地形測量技術的發(fā)展獲得了不斷擴大的機遇，在給我國地形測量相關工作帶來越來越多方便的同時，也為自身的無人機測量技術發(fā)展提供了更多的理論數(shù)據(jù)支持與實踐發(fā)展空間。