攝影測量技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

張亞寧

（廣東煤炭地質(zhì)二O 一勘探隊(duì)，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目準(zhǔn)備在傳統(tǒng)測繪基礎(chǔ)上，引入無人機(jī)測繪，比較無人機(jī)測繪的優(yōu)缺點(diǎn)，研究并優(yōu)化測繪方案。生成航拍正射影像圖，建立三維景觀模型，將無人機(jī)測繪應(yīng)用到景觀設(shè)計(jì)當(dāng)中，完成報(bào)告論文。通過本項(xiàng)目研究相關(guān)技術(shù)難題，為今后測繪工作提供技術(shù)支撐，為三維建模、數(shù)字城市建設(shè)等新興領(lǐng)域積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方法。為做好項(xiàng)目研究，選擇在廣東某濕地公園，進(jìn)行研究項(xiàng)目預(yù)定的內(nèi)容。用傳統(tǒng)測繪手段RTK 結(jié)合全站儀，對某濕地公園完成測繪，再用無人機(jī)測繪進(jìn)行了對比測繪。并且對兩種測繪技術(shù)成果進(jìn)行了對比分析。項(xiàng)目測區(qū)面積1.3 平方千米，其中陸地測繪面積0.4 平方千米。項(xiàng)目于2022 年12 月10 日完成。

2 攝影測量技術(shù)的發(fā)展歷程

從最早的航拍，到現(xiàn)在的無人機(jī)航測，再到高精度遙感技術(shù)，我國的航拍測量技術(shù)經(jīng)歷了很長時間的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，攝影測量技術(shù)也有了飛速發(fā)展、技術(shù)升級轉(zhuǎn)型的機(jī)遇。20世紀(jì)末，隨著數(shù)字化、自動化制圖軟件的出現(xiàn)與使用，使攝影測量逐步步入數(shù)字化時代。由于技術(shù)和攝影測量的不斷結(jié)合，其在數(shù)據(jù)資料獲取與分析上，具有較大的進(jìn)步，是推動測繪行業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)手段。

數(shù)字?jǐn)z影測量是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)對采集到的信息進(jìn)行處理和分析，在此基礎(chǔ)上，通過對被測物體的幾何特征、紋理特征等的分析，得到數(shù)字產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對被測物體的可視化展示等。在目前的常規(guī)測繪地理信息領(lǐng)域中，無人機(jī)攝影測量技術(shù)是一種使用最廣泛的測繪技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對航測遙感數(shù)據(jù)資料的快速采集和同步處理，其靈活性非常高，與傳統(tǒng)的攝影測量相比，其效率和精度都得到了極大的提升，而且還極大地降低了工作的成本，且應(yīng)用范圍更廣，只需很少的時間就可以得到數(shù)據(jù)和地理信息。特別是基于無人機(jī)傾斜攝影測量，無人機(jī)裝有多個傳感器，能從多個角度獲取被檢測目標(biāo)的影像信息，能夠?qū)D像任何位置進(jìn)行三維量測，從而得到高精度的數(shù)據(jù)，并使用計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)軟件，可以自動生成三維地理信息模型，在城市地圖的構(gòu)建、三維可視化管理平臺的構(gòu)建等方面，極大地?cái)U(kuò)展了GIS技術(shù)的應(yīng)用范圍[1]。

3 無人機(jī)概述及其特點(diǎn)

隨著現(xiàn)代科技水平的持續(xù)發(fā)展，無人機(jī)行業(yè)也在不斷地進(jìn)行著創(chuàng)新和發(fā)展，這一技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用也在不斷地加深，很多相關(guān)的設(shè)備也得到了改進(jìn)，從而為該技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的日益成熟，在測繪項(xiàng)目中的應(yīng)用日益廣泛，該技術(shù)的引入，不但可以有效提高遙感監(jiān)測的規(guī)模，還可以提高監(jiān)測的精度和效率，具有很好的應(yīng)用前景。但目前，無人機(jī)在測繪項(xiàng)目中的運(yùn)用，仍需進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和優(yōu)化。為了更好地促進(jìn)無人機(jī)技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用，應(yīng)以多種測繪工程類型為代表，對無人機(jī)技術(shù)在測繪工程中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而促進(jìn)無人機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

與傳統(tǒng)的測繪儀器以及技術(shù)相比，無人機(jī)測繪有如下優(yōu)點(diǎn)。

3.1 執(zhí)行多種命令

當(dāng)前，不同型號的無人機(jī)均采用了模塊化和平臺化的設(shè)計(jì)方法，使得其可以按照具體情況進(jìn)行不同的任務(wù)分配，從而提高使用效率。

3.2 具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性

由于無人機(jī)是無人駕駛，所以不需要考慮駕駛員的安全問題，在使用人工方式無法進(jìn)入的區(qū)域和惡劣天氣條件下，都可以取代人工較快、較好地完成任務(wù)。

3.3 執(zhí)行任務(wù)具有及時性、精準(zhǔn)性

通過5G 等技術(shù)，無人駕駛飛機(jī)能夠?qū)?shí)時信息快速地傳送給地面的指揮中心，并能夠按照不同的任務(wù)類型進(jìn)行模塊功能的整合，從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行任務(wù)。

3.4 擴(kuò)大測量范圍

在以往的工程測量中，一般都是由施工人員親臨現(xiàn)場，使用專門的測量儀器進(jìn)行測量。因此，采用這種方法，將會使實(shí)際的測距范圍變得很小，對測距數(shù)據(jù)的精確度有很大的不利，進(jìn)而影響到整個測距工作的質(zhì)量。無人機(jī)在測繪項(xiàng)目中的運(yùn)用，將改變傳統(tǒng)項(xiàng)目的工作模式，在保證項(xiàng)目質(zhì)量的前提下，加快項(xiàng)目的進(jìn)度。另外，無人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，不僅能夠?qū)θ斯o法觸及的地區(qū)進(jìn)行精確測量，而且所獲取的數(shù)據(jù)精度也很高。因此，利用無人機(jī)進(jìn)行工程測量，不僅能有效地提升測量質(zhì)量和測量速度，而且還能提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[2]。

4 無人機(jī)技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用與實(shí)踐

4.1 無人機(jī)技術(shù)在林業(yè)管理中的應(yīng)用

林業(yè)管理是林業(yè)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，其對林業(yè)各個職能部門進(jìn)行統(tǒng)籌，為對森林進(jìn)行科學(xué)的管理提供保證。目前，我國森林資源管理中最大的問題是森林資源的流失。森林資源的損失包括了由自然災(zāi)害和人為破壞所產(chǎn)生的損失，如火災(zāi)、臺風(fēng)等非人為因素導(dǎo)致的資源毀壞。而人為的破壞則主要體現(xiàn)在對森林的砍伐和侵占。所以，提高林業(yè)管理水準(zhǔn)，不僅是管理的必然要求，也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。此外，在林業(yè)管理過程中，還可以利用無人機(jī)技術(shù)來強(qiáng)化對林業(yè)的管理，對森林被破壞前后的森林資源數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，從而準(zhǔn)確地對損失和后續(xù)的補(bǔ)救措施進(jìn)行量化。與此同時，通過對無人機(jī)技術(shù)的合理運(yùn)用，能夠讓林業(yè)資源管理部門對本地區(qū)的林業(yè)資源進(jìn)行更加科學(xué)的調(diào)查和監(jiān)測，進(jìn)而能夠及時地發(fā)現(xiàn)在森林經(jīng)營過程中存在的問題，并能夠及時地采取相應(yīng)的對策，對森林資源進(jìn)行更好的管理[3]。

4.2 海岸線地形測量

加強(qiáng)對海岸線的地形測量，對于保障國家安全具有重要意義。在軍事建設(shè)、沿海資源開發(fā)和池塘養(yǎng)殖等工程中，海岸地形的測定具有十分重要的意義。在傳統(tǒng)的海岸線地形測量中，工作人員只能依賴于相應(yīng)的設(shè)備來進(jìn)行，這種方式不但很難提升測量工作的效率，而且還會浪費(fèi)很多的人力和物力。但是，如果使用無人機(jī)遙感技術(shù)，一方面可以極大地提升沿海地貌調(diào)查的效率，另一方面還可以確保調(diào)查結(jié)果的精度。在使用無人機(jī)對海岸線地形進(jìn)行測量的時候，要保證無人機(jī)能夠在低空區(qū)域順利地飛行，然后在測量之前，要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查，并將各種控制點(diǎn)設(shè)定好，進(jìn)而精確地對測繪區(qū)中心等各種測量數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和分析，確保其精度和可靠性。此外，利用無人機(jī)技術(shù)，不但可以進(jìn)行沿海地區(qū)的地貌測量和測繪，同時，還能對我國主要城市的地形做細(xì)致的測量[4]。

5 無人機(jī)攝影測量技術(shù)操作流程簡述

5.1 像控點(diǎn)布設(shè)

在使用無人機(jī)進(jìn)行測繪工作時，必須對象控點(diǎn)進(jìn)行合理的布設(shè)。通常情況下，為了確保像控點(diǎn)的布置是合理的，通常會采用較為科學(xué)的計(jì)算方法，通過計(jì)算得到的像控點(diǎn)，可以為后續(xù)的全面測量工作奠定一個良好的基礎(chǔ)，從而得到更加精確的數(shù)據(jù)和更加清晰的圖像。因此，有針對性地布置像控點(diǎn)，是今后無人機(jī)攝影測量工作能否順利進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。此外，還要注意影像控點(diǎn)所布置的地點(diǎn)。選擇地形相對平緩，起伏不大的地方，在航路附近布置，因?yàn)榈匦伪容^復(fù)雜，而且斜坡很大。設(shè)定像控制點(diǎn)的目的是用來判斷相應(yīng)的數(shù)據(jù)及影像資訊。所以，在進(jìn)行布置工作的時候，一定要找準(zhǔn)重點(diǎn)部位，并盡量靠近。只有在滿足了以上各方面的條件后，無人機(jī)攝影任務(wù)才能圓滿完成[5]。

5.2 外業(yè)航飛研究

外業(yè)航飛技術(shù)可以進(jìn)行多個方向和角度的航測以及對地面的圖像進(jìn)行采集，從而得到高清的、穩(wěn)定的原始的數(shù)字圖像。在拍攝過程中，可以使用空三軟件來進(jìn)行匹配、拼接和平差分析，制作出與實(shí)際規(guī)范狀況相符的數(shù)字正攝影圖DOM 和高程模型 DEM 等。最后，可以結(jié)合傾斜三維建模來實(shí)現(xiàn)三維重建，此外，在進(jìn)行實(shí)地飛行作業(yè)時，測量人員還必須要制定出一套嚴(yán)謹(jǐn)、高效的方案，來確定飛行路線，再進(jìn)行試飛，同時，對可能出現(xiàn)的事故進(jìn)行分析，并提出一套科學(xué)的計(jì)劃和研究對策。無人機(jī)測繪攝影技術(shù)的精確度并不能達(dá)到100%，會受到多種因素的影響，如測繪環(huán)境、科技水平等，無人機(jī)的拍攝即使是在現(xiàn)代科技的幫助下，也有一定的盲區(qū)。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的時候，工作人員要注重對測量盲點(diǎn)的觀察和關(guān)注，并與實(shí)際的情況相結(jié)合，從而認(rèn)識到盲點(diǎn)的位置以及產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上，對已有的測量結(jié)果展開分析，并對其進(jìn)行布置研究，并做好再次測量分析。該方法能對盲區(qū)進(jìn)行再定位，并能發(fā)現(xiàn)以前工作中存在的缺陷，從而降低數(shù)據(jù)操作風(fēng)險(xiǎn)，提高數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量[6]。

5.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理研究

無人機(jī)攝影測量技術(shù)在外業(yè)工作結(jié)束后，還需對其內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、建模等。經(jīng)有關(guān)資料處理，可得到最佳之?dāng)?shù)字影像及測繪成果。從目前已有的數(shù)據(jù)來看，許多技術(shù)都是建立在遙感與人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上的。各單位應(yīng)加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的調(diào)查與分析，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，降低數(shù)據(jù)的運(yùn)算誤差。另外，在無人機(jī)路徑確認(rèn)過程中，還需進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，以保證路徑的準(zhǔn)確性，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次檢查，從而避免因數(shù)據(jù)出錯而造成的飛行路徑與當(dāng)前的工作狀態(tài)背離，保證工作的順利開展。

立體采編技術(shù)是無人機(jī)航空測量技術(shù)的操作要點(diǎn)，其操作精準(zhǔn)，沒有局限性，突破傳統(tǒng)的平面測繪，能夠?qū)Φ匦蔚孛驳冗M(jìn)行全面測量，非常適用于現(xiàn)代地理信息、地質(zhì)信息的收集和整理。在實(shí)際的測量過程中，有關(guān)技術(shù)人員可以利用計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定好參數(shù)，從而確保無人機(jī)測量水平線的穩(wěn)定，在后期，可以利用地面測繪等方法，對結(jié)果展開立體采編分析。在復(fù)雜的地形測量過程中，有關(guān)部門還需要對外部環(huán)境進(jìn)行掃描，在后期還可以人工設(shè)置等方法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和校正，降低數(shù)據(jù)處理的風(fēng)險(xiǎn)，保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。最后，利用適當(dāng)?shù)臉?biāo)定與分析，將各要素從總體上重新組合，最終將各要素綜合起來，實(shí)現(xiàn)成圖[7]。

6 攝影測量技術(shù)的發(fā)展趨勢

以當(dāng)前的攝影測量技術(shù)存在的問題為基礎(chǔ)，并以經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展需求、現(xiàn)代數(shù)字智能化城市建設(shè)為背景，對攝影測量技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取、存儲等方面提出了更高的要求。攝影測量技術(shù)要抓住建設(shè)智能化測繪系統(tǒng)的機(jī)遇，在技術(shù)裝備、創(chuàng)新技術(shù)方法、資源共享上全方位地提高和發(fā)展。

6.1 技術(shù)方法的有效提升

第一，最直接的途徑就是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)并發(fā)展免像控功能。雖然現(xiàn)有技術(shù)已能支持該功能，但僅限于單一廠家，且精度與用戶的要求相去甚遠(yuǎn)。因此，必須進(jìn)一步提升技術(shù)水準(zhǔn)，使之真正實(shí)現(xiàn)免像控制，并逐步將其推廣。第二，如何將飛行速度的提高、單張圖像的拍攝面積的增大、有效地工作時間的增加等因素有效地結(jié)合起來，從而提升攝影測量的靈活性和工作效率。

6.2 攝影測量設(shè)備的發(fā)展和提升

第一，要加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一體化，增強(qiáng)攝影測量技術(shù)在現(xiàn)場的靈活性和效率，提高影像數(shù)據(jù)處理和信息提取的準(zhǔn)確性，提高攝影測量的總體質(zhì)量。第二，單相機(jī)與多鏡頭傾斜攝影機(jī)在應(yīng)用場景上的兼容，可以有效地提高性價(jià)比和使用廣度，同時還可以提高安裝平臺在惡劣環(huán)境下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，減少因外部條件對裝備設(shè)施的干擾而造成的成像結(jié)果準(zhǔn)確性的影響[8]。

6.3 智能化攝影測量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的推動下，智能化攝影測量技術(shù)的構(gòu)建與實(shí)施是后續(xù)發(fā)展的重要方向。利用人工智能研發(fā)的測量機(jī)器人等，能夠?qū)z影測量技術(shù)所獲得的大量圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確率的智能化信息提取和管理。可以在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的支持下，通過一定的方法，顯著提高地理信息數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析等效率，并有效地避免人為因素引起的誤差。

7 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對測繪精度的要求也在不斷提高。面對現(xiàn)代化測繪技術(shù)的不斷升級，有關(guān)部門必須對測繪的精確性進(jìn)行深入的研究，以使攝影測量技術(shù)得到更好的發(fā)展，以保證能夠?yàn)橛嘘P(guān)部門的實(shí)際建設(shè)和項(xiàng)目開展提供借鑒。