無人機(jī)航空攝影測(cè)量在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

趙新峰

（煙臺(tái)市地理信息中心，山東 煙臺(tái) 264003）

在傳統(tǒng)的地形圖測(cè)繪工作中，因?yàn)榈匦螚l件的影響、技術(shù)的落后，導(dǎo)致在測(cè)繪中會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力等，且測(cè)繪效率低下，無法滿足實(shí)際需求，但是在無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展下，其因?yàn)槌杀镜?、成效顯著、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，有效被應(yīng)用到了地形圖測(cè)繪工作中，可以有效解決傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的弊端問題。在具體應(yīng)用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，需要明確其技術(shù)原理和規(guī)范要求，根據(jù)具體情況科學(xué)選擇不同的無人機(jī)型號(hào)，確保其在作業(yè)中可以安全運(yùn)行，此外，在具體測(cè)量前也需要人們科學(xué)設(shè)計(jì)航線，確保無人機(jī)可以安全飛行，順利完成測(cè)繪任務(wù)。

1 無人機(jī)航空攝影測(cè)量概述和特點(diǎn)

1.1 概述

無人機(jī)航空攝影測(cè)量是指在測(cè)量人員通過操作無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行高空拍攝，以此獲取地面信息資源的一種測(cè)量技術(shù)，當(dāng)前該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了不同的領(lǐng)域中，在具體應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，測(cè)量人員需要根據(jù)不同的地形科學(xué)選擇無人機(jī)。且在開始測(cè)量前，也需要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，科學(xué)規(guī)劃飛行航線，確保方向明確，線路簡(jiǎn)潔，確保無人機(jī)運(yùn)行安全，還需要科學(xué)布設(shè)像控點(diǎn)，根據(jù)像控點(diǎn)的分布情況及時(shí)處理航拍過程中的影像圖。該技術(shù)的出現(xiàn)可以有效解決傳統(tǒng)無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)下的弊端問題，可以拓寬應(yīng)用范圍，為地形圖測(cè)繪工作的進(jìn)行提供了新技術(shù)手段。無人機(jī)航空攝影測(cè)量的工作原理為；在傳統(tǒng)傾斜攝影測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，在作業(yè)范圍區(qū)搭設(shè)無人機(jī)，在無人機(jī)上安裝攝像頭，通過垂直方向來拍攝地面物象，獲取地面影響圖，制作相關(guān)DOM 或DSM。此外，人們也可以采用旋翼無人機(jī)作為作業(yè)平臺(tái)，在搭載攝像頭后需要在不同的方位進(jìn)行拍攝，后創(chuàng)建三維模型圖，以此提高地形圖測(cè)繪的精準(zhǔn)度，有效滿足測(cè)繪需求。

1.2 特點(diǎn)

無人機(jī)航空攝影測(cè)量是一種新型地形圖測(cè)量方法，其不同于傳統(tǒng)測(cè)量方法，技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，運(yùn)行成本低。該技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間較晚，技術(shù)發(fā)展成熟，操作簡(jiǎn)單，維修簡(jiǎn)單，在運(yùn)行的過程中主要通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行遙感控制，可以有效降低人力、財(cái)力成本；第二，操作靈活、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。無人機(jī)體積小，重量輕，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以應(yīng)用于不同地形地勢(shì)的測(cè)量中，此外，無人機(jī)升空和降落受條件限制小，方便攜帶，可以有效提高工作效率和質(zhì)量，滿足測(cè)控需求。第三，無人機(jī)拍攝準(zhǔn)確度高，可以快速、準(zhǔn)確、完整的獲取相關(guān)信息，且無人機(jī)飛行高度低，可以搭載高像素的攝像頭，獲取的影像圖清晰、比例大小適中，可以為后期數(shù)據(jù)信息分析提供便利。

2 無人機(jī)航空攝影測(cè)量在地形圖測(cè)繪中的具體應(yīng)用

2.1 空中三角測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

在具體應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，先需要在地形測(cè)繪目標(biāo)范圍內(nèi)選擇一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)作為像控點(diǎn)，對(duì)于該像控點(diǎn)需要不間斷的挑戰(zhàn)，確保其可以根據(jù)參數(shù)、規(guī)范要求等在特定范圍內(nèi)統(tǒng)一坐標(biāo)，在具體使用該技術(shù)時(shí)，可以對(duì)需要測(cè)量的物體進(jìn)行立體拍攝。后根據(jù)具體的野外像控點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)對(duì)設(shè)置的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行加密，最終得出加密點(diǎn)的高程和平面位置，該測(cè)量方法操作簡(jiǎn)單，在具體的測(cè)量中可以結(jié)合高像素遙感圖影像數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化監(jiān)測(cè)，形成較為的測(cè)繪圖系統(tǒng)。總之，該技術(shù)可以準(zhǔn)確獲取無人機(jī)航空拍攝數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)信息處理更加高效、準(zhǔn)確，技術(shù)可以根據(jù)具體情況自動(dòng)校正偏差。最終準(zhǔn)確獲得無主點(diǎn)偏移、及畸變的航拍影像，自動(dòng)建立測(cè)區(qū)高程文件，明確確定偏移量，并自動(dòng)相對(duì)定向，轉(zhuǎn)向控制點(diǎn)。

2.2 DOM 工藝的應(yīng)用

無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)下可以采用DOM 工藝創(chuàng)建文檔對(duì)象模型，DOM 工藝是一種可以將HTML 和XML 文檔的編程接口進(jìn)行連接的編程接口，在具體測(cè)量目標(biāo)物時(shí)，操作人員需要采用DOM 工藝對(duì)無人機(jī)航空拍攝完成后的影像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集。后需要進(jìn)行定向操作，具體的操作包括相對(duì)定向和絕對(duì)定向、內(nèi)定向幾種，在定向結(jié)束后需要對(duì)處理過程進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以此創(chuàng)建DOM 成果圖。將該工藝應(yīng)用在地形圖測(cè)繪作業(yè)中，可以得出影像控制測(cè)量相片，將其和資料進(jìn)行整合，將測(cè)量結(jié)果應(yīng)用到空中三角測(cè)量中，以此明確地面三角點(diǎn)的關(guān)鍵信息，最終把握測(cè)量區(qū)域的具體情況，在此過程中，人們需要明確控制點(diǎn)的具體位置。

2.3 數(shù)字線繪圖中的應(yīng)用

數(shù)字線劃圖在數(shù)字測(cè)圖中應(yīng)用較為頻繁，是可以具體、形象的顯示地圖圖像，可以及時(shí)、有效地獲取地圖信息，并通過自身的擴(kuò)大、漫游、查詢、檢查、測(cè)量等功能更加全面、完整的彰顯地圖信息。將該技術(shù)和無人機(jī)航空攝影測(cè)量進(jìn)行融合，可以促使無人機(jī)進(jìn)行全方位、多角度的拍攝和捕捉護(hù)面，在數(shù)據(jù)信息的整合下，有效滿足不同空間領(lǐng)域內(nèi)的測(cè)試需求，最終從地理信息內(nèi)容、分割角度、直觀投影、地理坐標(biāo)等功能中踢出去和地形圖比例大小一致的信息圖。且在放大和縮小的過程中都對(duì)地形圖內(nèi)容沒有較大的影響，進(jìn)一步提升無人機(jī)航空攝影測(cè)量的功能。

2.4 相片自動(dòng)控制和改造

相片自動(dòng)控制和改造技術(shù)也可以應(yīng)用在地形圖勘察中，在具體進(jìn)行航拍前，需要先對(duì)地形進(jìn)行規(guī)劃，通過規(guī)劃圖明確固定點(diǎn)位置，以此作為相片控制點(diǎn)，在航拍測(cè)量前，可以通過操作無人機(jī)獲取捕捉畫面，將畫面轉(zhuǎn)化成為影像圖，后結(jié)合全球定位系統(tǒng)，確保兩者充分融合，便于后期轉(zhuǎn)化利用。在具體使用該技術(shù)前，先需要科學(xué)選擇控制點(diǎn)，通過相片定點(diǎn)確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)和傳統(tǒng)的地形圖測(cè)量技術(shù)有很大的不同，其優(yōu)勢(shì)顯著，但是，也存在一定的不足，具體如下所示：第一，無人機(jī)航空攝影容易受到環(huán)境的影響，因?yàn)闊o人機(jī)體積小，質(zhì)量輕，在大風(fēng)或者大雨、大霧天氣下會(huì)影響無人機(jī)的飛行，對(duì)拍攝圖的質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響。第二，因?yàn)闊o人機(jī)體積小，只能進(jìn)行低空飛行，如果需要升高高度，其蓄電池電量無法滿足工作需求，有一定的高度限制，此外，因?yàn)榇钶d的攝像頭照射捕捉范圍小，無法擴(kuò)大角度進(jìn)行大范圍的拍攝。第三，無人機(jī)承重力小，對(duì)承重物件有一定的限制，且無人機(jī)本身搭載的攝像頭不是最新的測(cè)繪相機(jī)，無法保證拍攝結(jié)果的精準(zhǔn)性和清晰度。

4 無人機(jī)航空攝影測(cè)量步驟

4.1 作業(yè)準(zhǔn)備

在具體操作無人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量前需要做好以下相關(guān)準(zhǔn)備工作：資料收集、設(shè)備準(zhǔn)備、相機(jī)檢測(cè)等，具體如下所示：第一，對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的地形地勢(shì)情況進(jìn)行分析，收集相關(guān)資料，比如，基礎(chǔ)地形圖、衛(wèi)星影像資料、控制圖，了解測(cè)量地區(qū)地理位置，氣候環(huán)境，周圍障礙物等；第二，相機(jī)檢測(cè)，人們需要了解相機(jī)方位元素，變化參數(shù)；第三，做好現(xiàn)場(chǎng)飛行平臺(tái)中相關(guān)設(shè)備的效驗(yàn)和審核，日常檢查，確保拍攝平臺(tái)設(shè)備狀態(tài)良好，技術(shù)參數(shù)符合規(guī)范要求；第四，通過現(xiàn)場(chǎng)勘察選擇科學(xué)的起飛和降落點(diǎn)。

4.2 具體的拍攝

（1）科學(xué)設(shè)計(jì)航線。選擇，UX5HP 的飛行器，對(duì)于航線設(shè)計(jì)可以采用Aerial Imaging 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此滿足測(cè)圖精度要求，提高飛行效率，對(duì)于飛行設(shè)計(jì)相機(jī)鏡頭也需要科學(xué)調(diào)攝或控制航向重疊度、旁向重疊度、地面分辨率、航高設(shè)等。

（2）科學(xué)布設(shè)相控點(diǎn)，做好測(cè)量工作。在具體進(jìn)行航測(cè)前，先需要在地面特定位置處架設(shè)基準(zhǔn)站，采用利用后處理動(dòng)態(tài)差分技術(shù)提高定位解算精度。在具體布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)，需要按照相關(guān)規(guī)范要求，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻布設(shè)地面控制點(diǎn)，比如，人們可以采取檔期衛(wèi)星定位城市測(cè)量綜合服務(wù)系統(tǒng)來測(cè)量像控制點(diǎn)坐標(biāo)，在具體測(cè)量后，可以將地面基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系坐標(biāo)，并根據(jù)具體情況科學(xué)布置測(cè)量控制點(diǎn)。

（3）其他檢查。在具體操作無人機(jī)前，需要對(duì)無人機(jī)設(shè)備，飛行路線、航飛情況進(jìn)行檢查，對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理和檢查，具體如下所示：起飛前檢查，為了確保無人機(jī)安全、穩(wěn)定地完成航怕任務(wù)，需要在通電后進(jìn)行功能和性能的測(cè)試，并進(jìn)行一系列安全檢查，包括狀態(tài)檢查，線纜連接檢查，確保GNSS 天線視野開闊、gBox 正常啟動(dòng)，并對(duì)鎖定衛(wèi)星進(jìn)行檢查；相機(jī)檢查，SD 檢查、相機(jī)設(shè)置檢查、設(shè)置快門速度、清潔相機(jī)鏡頭和濾鏡、相機(jī)熱插拔線路連接、尼龍扣帶固定、相機(jī)觸發(fā)器檢查、快門反饋檢查等；跟蹤器檢查，確保跟蹤器打開、接收器接收信號(hào)檢查；升降翼檢查，外弦升降翼與內(nèi)弦升降翼水平檢查、升降翼反應(yīng)檢查；發(fā)射架檢查，發(fā)射架裝配、安全插銷插入發(fā)射架、彈力繩力度檢查；空速反應(yīng)檢查，確保空速反應(yīng)正常；飛機(jī)定位檢查，將飛機(jī)裝配到發(fā)射架上，定位螺旋槳位置，確保飛機(jī)位置正確。在完成以上所有的起飛前檢查后，需要拆除安全插銷，啟用無人機(jī)系統(tǒng)，等待系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，即可發(fā)射無人機(jī)。

（4）無人機(jī)航飛。在無人機(jī)起飛后，需要根據(jù)具體的航線采集影像數(shù)據(jù)信息，在此過程中，地面站需要對(duì)無人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，技術(shù)人員和操作人員需要積極配合，共同對(duì)無人機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，對(duì)風(fēng)速、高度、速度進(jìn)行觀測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)異常變動(dòng)需要即刻解決，確保無人機(jī)可以根據(jù)規(guī)劃路線安全的完成信息數(shù)據(jù)采集任務(wù)，并自動(dòng)返航降落。

（5）數(shù)據(jù)分析和整理。在拍攝現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)地面接受站獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和整理，對(duì)拍攝照片的數(shù)量、飛行路線進(jìn)行檢查，確保其符合飛行設(shè)計(jì)參數(shù)，檢查是否存在漏拍、檢查照片的清晰度，檢查現(xiàn)場(chǎng)航拍具體情況，通過全面、快速的檢查。并根據(jù)具體的數(shù)據(jù)虛擬性計(jì)算航向重疊度、旁向重疊度，最終生成檢查結(jié)果報(bào)表，當(dāng)所有的檢查完成后，如果發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量問題則需重新補(bǔ)攝飛行，如果沒有顯著的質(zhì)量問題，則本次拍攝將順利完成。

（6）DOM 制作。技術(shù)人員可以根據(jù)空三加密的成果，通過DEM 數(shù)據(jù)對(duì)影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正和影像重采樣，以此生成單片的數(shù)字正射影像DOM。一般情況下，如果無人機(jī)飛行高度較低，則會(huì)導(dǎo)致地面高層地物同名點(diǎn)視差較大。根據(jù)相機(jī)中心投影的成像原理，影像邊緣投影如果存在較大的誤差，會(huì)導(dǎo)致影像圖出現(xiàn)接縫和建筑物邊緣扭曲的現(xiàn)象，對(duì)此，需要對(duì)正射影像的鑲嵌線進(jìn)行人工編輯，鑲嵌線的選取。在修正后重新起飛時(shí)，盡可能避免穿過大型建筑物，選擇紋理不豐富的位置，遠(yuǎn)離影像的邊緣，盡量沿道路及地面實(shí)體的邊緣等。此外，技術(shù)人員也需要對(duì)不同拍攝角度、位置的照片存在的色差、亮度差進(jìn)行勻光勻色處理，對(duì)鑲嵌線周邊羽化處理，確保照片鑲嵌自然，整體影像亮度、色差一致，以此滿足實(shí)際拍攝需求。

（7）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，人們需要使用INPHO 空三平差工程文件及無人機(jī)原始影像數(shù)據(jù)，將需要的文件放到同一的文件夾的同級(jí)目錄下，比如，影像ID、外方位元素文件，加密點(diǎn)文件、像點(diǎn)文件等，并對(duì)文件進(jìn)行檢查，確保文件前綴名稱一致。后按照立體模型實(shí)際情況，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)全要素進(jìn)行采集，對(duì)于地面可觀測(cè)到的物質(zhì)需要遵循“內(nèi)業(yè)定位、外業(yè)定性”的原則進(jìn)行數(shù)字化跟蹤，有效開展外業(yè)調(diào)繪修編等工作，最終編制成果圖。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在一系列研究和應(yīng)用中得到了較快的發(fā)展，將其應(yīng)用在地形圖測(cè)繪作業(yè)中，可以有效滿足測(cè)繪需求，解決傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足問題，但是在具體應(yīng)用時(shí)也需要根據(jù)具體的情況，相關(guān)規(guī)范要求和原則科學(xué)應(yīng)用。因?yàn)槲覈?guó)地形地勢(shì)的復(fù)雜性，在具體測(cè)量中還存在較大的問題，需要不斷升級(jí)、優(yōu)化無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，提高技術(shù)水平，以獲取更加清晰、準(zhǔn)確的地形圖，促使測(cè)量工作不斷發(fā)展、測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)。