無人機(jī)攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應(yīng)用

曹政偉，章郭健

（浙江臻善科技股份有限公司，浙江杭州 310012）

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在地形測量行業(yè)當(dāng)中，數(shù)字技術(shù)的有效應(yīng)用，使地形測量工作更加方便快捷，借助無人機(jī)設(shè)備應(yīng)用其攝影測量技術(shù)，在數(shù)字化地形測量當(dāng)中更是發(fā)揮了重要作用。無人機(jī)操作簡單，并且測量結(jié)果相對精準(zhǔn)，在目前地形測量工作當(dāng)中深受人們的關(guān)注，相關(guān)測量人員也大多喜歡應(yīng)用無人機(jī)設(shè)備開展地形測量工作。隨著時(shí)代的發(fā)展，無人機(jī)攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量中的應(yīng)用也越來越廣泛，不僅有效提高了測量效率，而且使測量結(jié)果的準(zhǔn)確度得以進(jìn)一步提升。可見，無人機(jī)在數(shù)字化地形測量當(dāng)中已經(jīng)擔(dān)當(dāng)了越來越重要的角色，在未來發(fā)展當(dāng)中，也將會成為數(shù)字化地形測量工作的重要發(fā)展方向。

1 無人機(jī)技術(shù)概述

1.1 發(fā)展歷史簡介

在我國飛機(jī)行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程當(dāng)中，無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)以及應(yīng)用，在各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用，并且具備著極為廣闊的發(fā)展前景，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值也相對較高，主要由于不需要真人駕駛，通過無線電遠(yuǎn)程控制以及計(jì)算機(jī)控制便能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛，在我國主要采用這兩種方式對無人機(jī)進(jìn)行有效操控，在搶險(xiǎn)救災(zāi)、地形測量以及勘查等方面都發(fā)揮了重要作用。

在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中，無論開展怎樣的任務(wù)，都無須真人駕駛，這就使無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍得到了進(jìn)一步拓寬，尤其在一些危險(xiǎn)的環(huán)境下開展任務(wù)，應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行勘測，往往取得驚人的效果。當(dāng)然，無人機(jī)也分為民用和軍用兩種，軍用無人機(jī)在偵查以及通信方面發(fā)揮了極大的作用，而民用無人機(jī)主要應(yīng)用于氣象、農(nóng)用等方面。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在其他領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，比如在數(shù)字化地形測量當(dāng)中，無人機(jī)攝影測量技術(shù)發(fā)揮了重要功效，有效提高了我國數(shù)字化地形測量的精確度[1]。

1.2 無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)分析

無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)相對完善而且穩(wěn)定，在實(shí)際地形測量當(dāng)中，能夠充分運(yùn)用無人機(jī)攝影測量技術(shù)展開測量，并且得到更加準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，因此在實(shí)際地形測量應(yīng)用中相對廣泛。無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)主要由軟件和硬件組成，包括飛行控制模塊、無線通信以及地面控制等幾個(gè)部分，對無人機(jī)的飛行高度、速度進(jìn)行充分控制，保證無人機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)借助通信及時(shí)傳遞數(shù)據(jù)參數(shù)，地面人員通過接收裝置的反饋信息，實(shí)現(xiàn)及時(shí)控制。在開展測量工作的過程當(dāng)中，能夠有效進(jìn)行地形測量，做好控制管理工作，利用無人機(jī)攝影技術(shù)得到的測量結(jié)果，并有效得出數(shù)字化地形數(shù)據(jù)。目前，在應(yīng)用無人機(jī)開展數(shù)字化地形測量的過程當(dāng)中，需要指定無人機(jī)的測量路線，因此要精細(xì)檢查，保證收集信息的準(zhǔn)確性以及有效性，不僅如此，還要使信息傳遞速度進(jìn)一步提升，進(jìn)而及時(shí)獲取真實(shí)測量數(shù)據(jù)，才能夠保證數(shù)字化地圖更加符合真實(shí)的地形地貌，使數(shù)字化測量的效率以及質(zhì)量得到充分保障。

1.3 測量原理分析

無人機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)攝影測量功能，主要的原理在于在無人機(jī)之上配備了相應(yīng)的數(shù)碼相機(jī)，能夠充分完成攝影工作，并且考慮到攝影環(huán)境問題，利用數(shù)碼相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)垂直以及傾斜等多角度的拍攝，也能夠保證圖像具備高分辨率。在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，常采用五鏡頭傾斜系統(tǒng)，并且通過無人機(jī)GPS系統(tǒng)有效獲取POS數(shù)據(jù)以及像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，借助相關(guān)軟件對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，形成三維模型及相關(guān)數(shù)字化影像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對地形地貌的有效測量。在應(yīng)用傾斜技術(shù)進(jìn)行拍攝的過程當(dāng)中，為了保證畫面與實(shí)際地貌相符，還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，并且保證光色均勻，實(shí)現(xiàn)影像的有效匹配，完成數(shù)字模型的生成等等[2]。

2 無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢與作用

2.1 優(yōu)勢分析

2.1.1 測量可靠性強(qiáng)。無人機(jī)攝影測量技術(shù)在進(jìn)行數(shù)字化地形測量的過程當(dāng)中，需要保證測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，為了有效降低測量偏差，在實(shí)際測量中可以應(yīng)用近景航空拍攝的方法，一般保證無人機(jī)高度在50～1000 m，在此范圍內(nèi)進(jìn)行無人機(jī)拍攝測量，能夠有效保證測量精度，能將精度控制在10～50 cm，根據(jù)地形測量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，測量精度在1 m以內(nèi)，能夠使數(shù)字化地形測量結(jié)果達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，進(jìn)而有效保證測量效率以及質(zhì)量。在應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行拍攝的同時(shí)，通過可視化遠(yuǎn)程控制也能夠?qū)Φ攸c(diǎn)現(xiàn)場進(jìn)行精準(zhǔn)拍攝，借助遠(yuǎn)程操控也能夠有效控制拍攝點(diǎn)以及相應(yīng)的拍攝范圍，根據(jù)實(shí)際需求，控制無人機(jī)飛行方向。而且在數(shù)字化地形測量中，借助應(yīng)用系統(tǒng)平臺，能夠有效反饋出無人機(jī)的拍攝路徑。如此一來，便能夠及時(shí)查缺補(bǔ)漏，一旦出現(xiàn)拍攝漏點(diǎn)，能夠及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拍，保證數(shù)據(jù)參數(shù)的完整性?？梢姛o人機(jī)攝影測量技術(shù)具備著更高的精度[3]。

2.1.2 具有安全性。在傳統(tǒng)地形測量工作當(dāng)中，采用GPS技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在惡劣天氣下受到云層的影響，導(dǎo)致測量不夠精準(zhǔn)，在特殊地形下也很難保證測量準(zhǔn)確度，而通過無人機(jī)技術(shù)則能夠有效減少誤差，適用于各種復(fù)雜地形，能夠準(zhǔn)確地測量相應(yīng)數(shù)據(jù)，尤其是在一些較為惡劣的環(huán)境下開展測量工作時(shí)，受到外界環(huán)境的影響，很容易給探測人員的生命健康帶來影響。通過無人機(jī)設(shè)備，則能夠有效代替人工測量，安全性得到了極大提升。不僅如此，采用無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行測量，可以根據(jù)實(shí)際情況，隨時(shí)調(diào)整高度，在不同的地形地勢面前，都能夠完成攝影測量任務(wù)。管理人員只需要通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制，便能夠使地形測量工作得到有效開展，并且能夠推出精確度較高的數(shù)字化地形測量結(jié)果，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1.3 靈活度相對較高。利用無人機(jī)開展地形測量工作，具有較強(qiáng)的靈活性，無人機(jī)在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，體積較小，而且具備充足的動力，可以通過遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)各種靈活性操作。在實(shí)踐應(yīng)用的過程當(dāng)中，針對難以測量的地形地貌以及復(fù)雜區(qū)域都能夠進(jìn)行攝影測量，不會因?yàn)榈匦螐?fù)雜，而使測量任務(wù)無法開展，具有較強(qiáng)的適用性，在各種環(huán)境下都能夠進(jìn)行靈活操作，完成攝影測量任務(wù)，每天能夠針對200 km2范圍內(nèi)的地形進(jìn)行有效測量。

2.2 應(yīng)用分析

在數(shù)字化地形測量任務(wù)當(dāng)中，采用無人機(jī)技術(shù)能夠有效推動數(shù)字化測量的效率以及質(zhì)量。應(yīng)用相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)能夠快速完成數(shù)字化轉(zhuǎn)換，形成精準(zhǔn)度較高的數(shù)字化電子地圖。無人機(jī)在攝影測量技術(shù)應(yīng)用的過程當(dāng)中，借助可視化控制平臺，可以對測量地點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)拍攝或者抓拍，進(jìn)而有效捕捉地形地貌的具體特點(diǎn)，采集相應(yīng)的數(shù)字化信息，反饋到工作平臺當(dāng)中，通過數(shù)字化技術(shù)對收集到的信息進(jìn)行有效處理，進(jìn)而形成數(shù)字化地形圖，如此便能夠?qū)⑹占降臄?shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成直觀的圖像。不僅如此，在以往技術(shù)匱乏的情況下，針對偏遠(yuǎn)地區(qū)的盲區(qū)問題很難得到解決，而通過無人機(jī)則能夠?qū)υ搮^(qū)進(jìn)行定點(diǎn)攝影測量，進(jìn)而獲得相應(yīng)的地形數(shù)據(jù)，大大地減少了工作難度，并且有效提高了測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

3 無人機(jī)攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應(yīng)用策略

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，給人們的生活帶來了極大的改變，在地形測量過程當(dāng)中，技術(shù)的進(jìn)步也使地形測量更加快速便捷高效。技術(shù)產(chǎn)品的優(yōu)化創(chuàng)新，也使攝影測量技術(shù)得到了進(jìn)一步改善，無人機(jī)攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量工作當(dāng)中的應(yīng)用，有效解決了復(fù)雜地形測量困難問題，在我國科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域也具備著一定的劃時(shí)代意義，以下針對無人機(jī)攝影測量技術(shù)的具體應(yīng)用方法進(jìn)行簡單分析。

3.1 應(yīng)用無人機(jī)攝影測量優(yōu)化測量手段

傳統(tǒng)的地形測量技術(shù)，在應(yīng)用的過程當(dāng)中，針對較為復(fù)雜的地形地勢很難進(jìn)行有效測量，會消耗大量的人力物力，還具備一定的危險(xiǎn)因素，不利于保障測量人員的安全。借助無人機(jī)攝影測量技術(shù)，則能夠有效解決這一問題，進(jìn)而充分發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢，使地形測量工作得到有效改善。對于復(fù)雜地形的數(shù)據(jù)信息也能得到有效收集并實(shí)現(xiàn)成像功能。應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)時(shí)，主要是借助GPS定位，可以實(shí)現(xiàn)圖片信息以及地理位置信息間的有效融合，通過信息傳遞反饋到控制平臺，快速生成相應(yīng)的數(shù)字化電子地形圖，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)字化圖像信息相互結(jié)合，并借助信息地形測量系統(tǒng)的進(jìn)一步分析和加工，便能夠呈現(xiàn)出可視化的影像，既能夠保證數(shù)據(jù)信息的科學(xué)性以及準(zhǔn)確性，同時(shí)能夠更加直觀地將地形地貌展現(xiàn)出來，有效提高了地形測量質(zhì)量[4]。

3.2 像片測量法應(yīng)用分析

應(yīng)用無人機(jī)攝影測量技術(shù)，開展地形測量工作的過程當(dāng)中，做好像片測量以及控制點(diǎn)的確定工作至關(guān)重要。在實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，也是技術(shù)的重點(diǎn)內(nèi)容，在開展數(shù)字化地形測量時(shí)，借助像片測量技術(shù)，有效控制像片測量點(diǎn)以及控制點(diǎn)，進(jìn)而保證在所規(guī)定的測量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行操作，無人機(jī)操作人員通過對無人機(jī)控制點(diǎn)的有效維護(hù)，進(jìn)而使測量工作得到有序開展，提高測量效率以及質(zhì)量。

在布設(shè)像控點(diǎn)的過程當(dāng)中，要結(jié)合實(shí)際情況，在航向6片重疊區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布置，在選擇點(diǎn)位的過程當(dāng)中，也要保證高程差相對較小，在設(shè)計(jì)航線的過程當(dāng)中，也要保證圖像的精準(zhǔn)度，使地面分辨率在0.15 m，同時(shí)也要做好攝像區(qū)域的劃分工作，以長方形為主要分區(qū)模式。并且要保證所測量地形高度差在航高1/6范圍內(nèi)。在實(shí)際航攝的過程當(dāng)中，要選擇大氣透明度相對較高的氣候環(huán)境，還要保證植被不會影響到成像質(zhì)量，拍攝時(shí)間的選擇，要根據(jù)不同的地點(diǎn)進(jìn)行合理確定，才能夠保證航攝質(zhì)量。

3.3 空中三角測量技術(shù)應(yīng)用分析

普通的攝影測量技術(shù)在應(yīng)用的過程當(dāng)中，需要經(jīng)過后續(xù)復(fù)雜的處理才能夠得出完整的影像，而通過空中三角測量方法在實(shí)際地形測量當(dāng)中的應(yīng)用，能夠有效提高測量精確度，降低后續(xù)影像處理難度，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過立體的測量方式，有效減少控制點(diǎn)，使攝影測量效率得以進(jìn)一步提升，并保證攝影質(zhì)量。通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，采用代碼的方式使無人機(jī)攝影測量實(shí)現(xiàn)自動化，按照指定要求完成測量任務(wù)，使測量更加科學(xué)高效。

在應(yīng)用空中三角測量技術(shù)時(shí)，針對標(biāo)記點(diǎn)、攝影質(zhì)量見證書以及工序設(shè)計(jì)等，要進(jìn)行科學(xué)把控，這是保證空中三角測量技術(shù)得到高效應(yīng)用的關(guān)鍵。對控制點(diǎn)的精度也有著一定要求，根據(jù)不同的地形地貌，在山地、丘陵、平地等位置進(jìn)行測量，點(diǎn)位以及間距誤差的要求也有所區(qū)別，滿足相應(yīng)指標(biāo)才能夠保證技術(shù)的應(yīng)用效果[5]。

3.4 數(shù)字化地形圖繪制方法分析

在數(shù)字化地形測量工作當(dāng)中，應(yīng)用無人機(jī)攝影測量技術(shù)，最終的目的是要完成對所測量地形地貌的數(shù)字化電子地圖的繪制工作。在繪制的過程當(dāng)中，為了保障所收集到的地形數(shù)據(jù)以及相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確度，相關(guān)技術(shù)人員要對獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行充分研究，制定科學(xué)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃。在測量當(dāng)中應(yīng)用無人機(jī)攝影技術(shù)，獲得清晰度較高的照片，借助比例尺模式進(jìn)行繪圖，進(jìn)而得出相應(yīng)的電子地形圖。在繪制的過程當(dāng)中，面對一些特殊區(qū)域，比如河流和湖泊等，在收集相應(yīng)的地理數(shù)據(jù)信息過程當(dāng)中，可以借助無人機(jī)攝像功能，對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行有效測量，通過無人機(jī)技術(shù)能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化分析，進(jìn)而得出準(zhǔn)確的地形測量結(jié)果。

與此同時(shí)，為了使電子地圖的質(zhì)量得以進(jìn)一步提升，相關(guān)繪制人員也要充分利用無人機(jī)攝影測量技術(shù)，對地形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面整合，進(jìn)而通過數(shù)字化技術(shù)的有效應(yīng)用，完善設(shè)計(jì)方案，保證技術(shù)的應(yīng)用效率，而后根據(jù)無人機(jī)攝像得到的地形地貌圖片，制定出與實(shí)際情況相符合的數(shù)字化地形圖。

4 結(jié)語

充分利用無人機(jī)攝影測量技術(shù)能夠使數(shù)字化地形測量工作得到有序開展，提高測量效率以及質(zhì)量，并且有效提升了數(shù)字測繪效果。無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在地形測量當(dāng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，對于促進(jìn)我國國土資源建設(shè)事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展也起到了關(guān)鍵性作用。因此，一定要不斷優(yōu)化完善無人機(jī)技術(shù)的開發(fā)以及實(shí)踐應(yīng)用，在數(shù)字化地形測量當(dāng)中能夠發(fā)揮出更好的作用，進(jìn)而為我國地形測量事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。