無(wú)人機(jī)航測(cè)及地理信息技術(shù)在地形測(cè)繪中運(yùn)用分析

秦茜

（北海市地理信息測(cè)繪中心，廣西 北海 536000）

0 引言

無(wú)人機(jī)航測(cè)作為一種新型技術(shù)，能夠與傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，提升地形測(cè)繪工作效率，使測(cè)繪人員高質(zhì)量的完成作業(yè)。當(dāng)前，該技術(shù)普遍運(yùn)用在大比例尺地形圖測(cè)繪及建筑物3D 建模等方面，可促進(jìn)現(xiàn)代城市發(fā)展。然而在實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中，存在一系列問(wèn)題對(duì)地形測(cè)繪工作造成影響，因此，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地形測(cè)繪中的具體運(yùn)用展開研究具有重要實(shí)踐價(jià)值。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)及地理信息技術(shù)

1.1 無(wú)人機(jī)技術(shù)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是指借助飛行器替代人工的一種測(cè)繪方式，也稱作空中攝影測(cè)量。該技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)繪方式不同，具有明顯的效率優(yōu)勢(shì)，同時(shí)提升測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。①無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在作業(yè)過(guò)程中無(wú)須沿用傳統(tǒng)的方式設(shè)立單獨(dú)場(chǎng)所。②在測(cè)繪作業(yè)前無(wú)須提前架設(shè)儀器，在使用期間的輻射和噪音較小。避免對(duì)技術(shù)人員身心健康造成影響。③無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的自動(dòng)化水平不斷攀升，利用計(jì)算機(jī)可進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理，無(wú)人機(jī)技術(shù)在測(cè)量過(guò)程中可有效避免人為誤操作影響，使技術(shù)得到良好的運(yùn)用。

該技術(shù)在作業(yè)過(guò)程中需要利用航空攝影測(cè)量設(shè)備、光電傳感器、全球定位系統(tǒng)等。其中，航空攝影設(shè)備中包括相機(jī)、CCD 攝像設(shè)備、圖像傳感器等。全球定位系統(tǒng)主要對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)劃分[1]。光電傳感器可在飛行過(guò)程中拍攝圖像和GPS 信息。在無(wú)人機(jī)中安裝以上設(shè)備即可開展地形測(cè)繪工作，對(duì)區(qū)域內(nèi)的地形信息進(jìn)行記錄，可有效實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)繪、自動(dòng)處理數(shù)據(jù)等。

該技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中主要分為以下步驟：①依據(jù)具體的測(cè)繪任務(wù)需求選擇無(wú)人機(jī)類型，其飛行高度需要根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常情況下常運(yùn)用中小型無(wú)人機(jī)開展測(cè)繪作業(yè)。②無(wú)人機(jī)航測(cè)通常根據(jù)旁向航線設(shè)計(jì)。③明確相控點(diǎn)數(shù)量、位置、飛行高度等信息用以設(shè)置航拍參數(shù)。拍攝時(shí)選擇合理的角度和時(shí)間。

1.2 地理信息技術(shù)

該技術(shù)作為一種綜合技術(shù)，具備全球定位、圖像采集、綜合遙感等功能，主要利用交會(huì)原理對(duì)物體位置進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，利用遙感技術(shù)輔助，和各類操控設(shè)備的使用，可隨時(shí)收集區(qū)域內(nèi)的地理信息，進(jìn)而使遙感數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。利用以上功能的相互結(jié)合，可對(duì)不同地理位置的地形展開測(cè)繪工作，提升野外作業(yè)效率和數(shù)據(jù)精度，降低誤差，有效提高地形測(cè)繪的準(zhǔn)確度。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)在地形測(cè)繪中的具體運(yùn)用

2.1 前期準(zhǔn)備

2.1.1 測(cè)量技術(shù)準(zhǔn)備

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)便捷、高效，能夠滿足不同地形的測(cè)繪需求，其為地形測(cè)繪工作提供了新的發(fā)展契機(jī)。該技術(shù)利用衛(wèi)星傳輸信號(hào)開展作業(yè)。所以，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中易受到電磁、惡劣天氣等因素的干擾，使無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度下降。對(duì)此，技術(shù)人員需要在測(cè)繪前做好準(zhǔn)備工作，根據(jù)各項(xiàng)規(guī)定實(shí)行操作，進(jìn)而降低數(shù)據(jù)誤差。首先，對(duì)測(cè)繪地塊進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，對(duì)地貌、地形等情況充分了解。其次，做好設(shè)備準(zhǔn)備工作，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)由控制設(shè)備、攝影系統(tǒng)、起飛平臺(tái)等構(gòu)成，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，控制設(shè)備對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)性能起到重要影響，需要科學(xué)利用安裝方法，進(jìn)而準(zhǔn)確獲取待測(cè)區(qū)域的遙感影像數(shù)據(jù)，為無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)提供可參考的數(shù)據(jù)信息。最后，重視各環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作提升無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，進(jìn)而使航測(cè)系統(tǒng)質(zhì)量得到提升。其主要包括以下3 點(diǎn)。

（1）對(duì)航線的設(shè)計(jì)檢查。該技術(shù)在低空測(cè)量時(shí)，需要合理設(shè)計(jì)航線，對(duì)拍攝位置和航線進(jìn)行明確。才能夠降低測(cè)量誤差，將整體航線視作一個(gè)整體。再將相機(jī)固定在指定位置拍攝，進(jìn)而提升測(cè)量的準(zhǔn)確性[2]。

（2）處理與分析數(shù)據(jù)。在運(yùn)用該技術(shù)過(guò)程中，需要對(duì)收集到的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，總結(jié)出地形特征，為后續(xù)工作提供參考。不僅需要合理選擇控制點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)標(biāo)定。還需要科學(xué)調(diào)整攝影參數(shù)，利用內(nèi)業(yè)處理數(shù)據(jù)。

（3）技術(shù)人員需要對(duì)待測(cè)區(qū)域內(nèi)的植物、地形、地貌等進(jìn)行掌握，才能夠靈活調(diào)整航測(cè)參數(shù)，提升測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.1.2 儀器準(zhǔn)備

（1）利用專業(yè)的無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)即可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理，以此提升無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和穩(wěn)定性。設(shè)備在低空測(cè)量時(shí)會(huì)受到風(fēng)速、天氣等因素的干擾。導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。對(duì)此為提升無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)的精確度，需要技術(shù)人員在測(cè)量前進(jìn)行科學(xué)調(diào)試。

（2）無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)具備自動(dòng)化功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)攝影測(cè)量和自動(dòng)返航，利用GPS 接收機(jī)、控制系統(tǒng)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)。人員在測(cè)繪前需要充分了解各類儀器的功能，保障測(cè)繪質(zhì)量，進(jìn)而為后續(xù)工作開展提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

（3）測(cè)繪儀器設(shè)備主要具備以下功能：在待測(cè)區(qū)域的起降平臺(tái)能夠自動(dòng)升降，并對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在低空測(cè)量期間對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

2.2 數(shù)據(jù)采集

2.2.1 設(shè)置飛行高度

無(wú)人機(jī)航測(cè)及地理信息技術(shù)在實(shí)踐過(guò)程中能夠進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪。同時(shí)保障測(cè)量的安全性，提升測(cè)繪效率及質(zhì)量，所以，該技術(shù)在地形測(cè)繪中獲得廣泛運(yùn)用。在實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況科學(xué)選擇飛行方式和航線。

在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，應(yīng)充分考量具體的地形特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需求確定飛行高度，把控飛行速度。若是地形特征較為復(fù)雜，可采用低空、大范圍的測(cè)量方式，確保測(cè)繪效果的準(zhǔn)確性。而若是地形平坦的區(qū)域，則可選擇高速飛行的方式，提升測(cè)繪效率。例如，在測(cè)量某地塊時(shí)，相關(guān)人員設(shè)置1/8000m 的航飛方式，使測(cè)繪數(shù)據(jù)更加可靠。

2.2.2 規(guī)劃正確航線

在測(cè)量工作開始前，技術(shù)人員應(yīng)規(guī)劃航飛路線，再根據(jù)實(shí)際情況選擇設(shè)備型號(hào)和飛行方式，確保設(shè)備的高效運(yùn)行。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保障航飛路線對(duì)飛行區(qū)域進(jìn)行全面覆蓋，避免產(chǎn)生盲區(qū)。航線規(guī)劃工作應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形特征開展，保障后續(xù)的測(cè)繪效果更加理想。在無(wú)人機(jī)測(cè)繪作業(yè)前，需要合理布設(shè)像控點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)布設(shè)，滿足幾何強(qiáng)度需求并根據(jù)密度規(guī)范要求合理布設(shè)，在此期間盡量選擇便于查看的位置，如斑馬線等處，周圍應(yīng)有明顯的標(biāo)志物，利用人工噴漆的方式標(biāo)記位置，選擇無(wú)遮擋、固定的區(qū)域作為像控點(diǎn)。此外，若是布設(shè)區(qū)域地形復(fù)雜，需要根據(jù)實(shí)際需求酌情增加像控點(diǎn)數(shù)量。將精度控制在5cm 范圍內(nèi)，再通過(guò)RTK 定位進(jìn)行把控，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中會(huì)受到天氣的影響，對(duì)此，可采用低空飛行的方式，減少環(huán)境的影響，提升結(jié)果的精準(zhǔn)度。技術(shù)人員可根據(jù)航線間隔和高度靈活調(diào)整航線，在此期間需要合理測(cè)量距離，針對(duì)特殊地形進(jìn)行航線調(diào)整，例如，在山地區(qū)域開展測(cè)繪工作需要根據(jù)地勢(shì)起伏同步調(diào)整航線，確保測(cè)繪質(zhì)量。此外，在規(guī)劃航線和作業(yè)期間會(huì)遇到惡劣天氣，如暴雨、強(qiáng)風(fēng)等，需要人員調(diào)整測(cè)量時(shí)間，確保航測(cè)工作能夠達(dá)到安全作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，在特殊地形測(cè)繪過(guò)程中需要合理確定航線間隔，才能夠及時(shí)根據(jù)氣候條件調(diào)整測(cè)繪時(shí)間。

2.3 空中三角測(cè)量

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)主要通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地形測(cè)繪工作，在此期間，主要受到衛(wèi)星運(yùn)行情況的干擾，存在一定誤差。在地形測(cè)繪視角來(lái)看，這類誤差是合理的，可通過(guò)技術(shù)手段將誤差控制在最小范圍內(nèi)[3]。這需要人員在測(cè)繪過(guò)程中嚴(yán)格遵守操作規(guī)定，確保測(cè)繪工作高效開展。①可利用GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)，獲得待測(cè)區(qū)域的具體坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝并提取出圖像。②利用GIS 技術(shù)獲取待測(cè)量區(qū)域的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地形測(cè)繪的合理管控。

空中三角測(cè)量技術(shù)需要人員在地面控制點(diǎn)獲取相關(guān)信息，通過(guò)GPS 系統(tǒng)定位無(wú)人機(jī)飛行期間的位置情況。在無(wú)人機(jī)操作階段，通過(guò)攝影系統(tǒng)獲取區(qū)域內(nèi)的空中三角測(cè)量數(shù)據(jù)。在此過(guò)程中，應(yīng)借助全站儀對(duì)周圍的坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。在選取地面控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選擇便于管理、交通便利的地點(diǎn)。無(wú)人機(jī)在對(duì)地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)通常利用固定方式。若是控制點(diǎn)分布均勻且數(shù)量較多則可利用分段采集的方式布設(shè)控制點(diǎn)。

空中三角測(cè)量流程，①應(yīng)先利用GPS 定位獲取無(wú)人機(jī)航測(cè)階段的數(shù)據(jù)。②利用GIS 技術(shù)獲取地區(qū)坐標(biāo)及高程信息。③借助攝影方式獲取地面控制點(diǎn)信息。其主要包括航攝像片獲取部分、空中三角測(cè)量部分、影像預(yù)處理部分。在測(cè)量期間需要利用航攝像片測(cè)量地區(qū)實(shí)際數(shù)據(jù)，為后續(xù)空三加密工作提供參考。在獲取航攝片時(shí)常利用DEM 進(jìn)行采集，這是由于該模型不但能夠提供基礎(chǔ)信息，同時(shí)還是地面高程信息和控制點(diǎn)信息的重要數(shù)據(jù)來(lái)源。所以無(wú)人機(jī)技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中常利用DEM 作為主要數(shù)據(jù)來(lái)源。該部分?jǐn)?shù)據(jù)常采用數(shù)碼相機(jī)拍攝影像，再通過(guò)軟件進(jìn)行預(yù)處理。在采集航攝照片時(shí)需要設(shè)置靜態(tài)模式，再對(duì)地面控制點(diǎn)和空中三角數(shù)據(jù)進(jìn)行采集?？罩腥菧y(cè)量過(guò)程可利用GIS 系統(tǒng)獲取地面控制點(diǎn)和高程信息，該系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)技術(shù)相融合還可發(fā)揮出良好的測(cè)繪作用，解決技術(shù)中存在的問(wèn)題。GIS 系統(tǒng)可在無(wú)人機(jī)航測(cè)階段中提供數(shù)據(jù)支撐。

2.4 采集航測(cè)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集主要包括以下流程：①依據(jù)無(wú)人機(jī)影像資料情況制定具體航測(cè)計(jì)劃，并以此作為飛行依據(jù)。在此期間需要重點(diǎn)規(guī)劃航線。技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格遵循方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。②在航測(cè)前重視各項(xiàng)工作的準(zhǔn)備，例如，場(chǎng)地、儀器設(shè)備等。③在航測(cè)期間，需要充分了解飛行實(shí)際需求?？茖W(xué)選擇航測(cè)角度和高度，加強(qiáng)安全防護(hù)意識(shí)。④在航測(cè)完成后應(yīng)立即開展數(shù)據(jù)整理工作，例如，檢查數(shù)據(jù)的全面性，并將其生成文件進(jìn)行整理。

航測(cè)內(nèi)業(yè)是指根據(jù)預(yù)定的計(jì)劃開展數(shù)字測(cè)圖工作。在作業(yè)前應(yīng)根據(jù)方案開展分析、研究工作。①充分考量航測(cè)內(nèi)業(yè)工作開展過(guò)程中的各項(xiàng)影響因素。具體包括：影像重疊度、地物點(diǎn)的采集、飛行航線設(shè)計(jì)等。②選擇攝影參數(shù)，做好調(diào)繪工作。③充分做好數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備工作，檢查設(shè)備，完善航測(cè)方案。在完成航測(cè)內(nèi)業(yè)后需要將原始圖像與其進(jìn)行對(duì)比，并做好數(shù)據(jù)記錄。在此過(guò)程中需要關(guān)注以下問(wèn)題：首先，保障圖像完整，影像圖所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)誤差需要滿足要求，其次，確保無(wú)人機(jī)實(shí)際情況與所傳輸?shù)挠跋駡D相符[4]。最后，影像圖中的地點(diǎn)和標(biāo)志物要與實(shí)際相符。技術(shù)人員應(yīng)密切注意以上問(wèn)題，才能夠確保所采集的影像圖符合需求。

2.5 影像處理

無(wú)人機(jī)及地理信息技術(shù)所收集到的數(shù)據(jù)信息精確度較高，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理可提升地面數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。并且及時(shí)糾正和優(yōu)化可使影像更加清晰，為后續(xù)工作提供參考。通常，在對(duì)原始航測(cè)圖進(jìn)行糾正時(shí)需要利用航測(cè)數(shù)據(jù)，在后續(xù)處理圖像時(shí)可有效避免影像內(nèi)容畸變，消除不同地標(biāo)物的顏色差異。然而，在糾正后還需要適當(dāng)對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)處理，這是由于原始航測(cè)圖像分辨率有限，對(duì)后續(xù)作業(yè)流程的順利推進(jìn)造成干擾。若是未對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，就會(huì)使其與真實(shí)情況之間存在一定差異。導(dǎo)致測(cè)繪效果不佳。在增強(qiáng)影像時(shí)為使效果得到提升，可利用無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，再借助專業(yè)軟件進(jìn)行處理，例如利用MapInfo 獲取地面模型，再通過(guò)設(shè)置不同參數(shù)調(diào)整圖像，從而滿足后續(xù)地形測(cè)繪需求。為提升測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量可將DEM 和DOM 進(jìn)行增強(qiáng)處理，從而提升圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.6 制作地面模型及正射影像

在地形測(cè)繪作業(yè)過(guò)程中，制作數(shù)字正射影像和數(shù)字地面模型是一項(xiàng)重要內(nèi)容。制作期間會(huì)利用到大量的數(shù)據(jù)，需要技術(shù)人員開展多次測(cè)繪作業(yè)。合理選擇數(shù)據(jù)處理流程，對(duì)提升地面模型和正射影像質(zhì)量具有積極作用。所以，在制作過(guò)程中，需要利用人工方式對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。再借助專業(yè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)、圖像等進(jìn)行處理，從而生成數(shù)字地面模型，以此滿足后續(xù)地形測(cè)繪需求，為保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，需要科學(xué)選擇航測(cè)數(shù)據(jù)。技術(shù)人員需要預(yù)先對(duì)DEM 進(jìn)行檢查，根據(jù)實(shí)際需求選擇數(shù)據(jù)[5]。在處理影像數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)保障其精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)一步利用軟件進(jìn)行處理，使其滿足后續(xù)地形測(cè)繪需求。在處理影像時(shí)應(yīng)充分運(yùn)用各項(xiàng)航測(cè)數(shù)據(jù)信息，將其作為參考數(shù)據(jù)，調(diào)整飛行高度、攝影參數(shù)等。再對(duì)DOM和DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，依據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況做出調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后期地形測(cè)繪工作的高效開展。

3 結(jié)語(yǔ)

科技水平的發(fā)展，地形測(cè)繪工作受到社會(huì)各界的普遍關(guān)注，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的運(yùn)用為地形測(cè)繪工作提供了極大的便利，其與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確等顯著優(yōu)勢(shì)，為規(guī)劃建設(shè)提供有力的技術(shù)保障，促進(jìn)自然資源管理工作的有效提升。