無人機低空攝影測量在地理信息采集中的應(yīng)用

摘要：隨著科技的發(fā)展，無人機技術(shù)逐漸成熟并被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。主要探討了無人機低空攝影測量在地理信息采集中的應(yīng)用，分析了無人機低空攝影測量的技術(shù)原理和優(yōu)勢，以及其在實際應(yīng)用中的具體案例，并對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。無人機可以進(jìn)行管線的巡檢和監(jiān)測，包括供水管道、燃?xì)夤艿?、電力線路等，通過航拍影像和熱紅外成像技術(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)管線的破損、泄漏等問題，提高維護(hù)效率和安全性。

關(guān)鍵詞：無人機低空攝影測量地理信息采集攝影測量儀

ApplicationofUAVLow-AltitudePhotogrammetryinGeographicInformationCollection

WANGZizheng

TongliaoUrbanandRuralPlanningandSurveyingCo.，Ltd.，Tongliao，InnerMongoliaAutonomousRegion，028000China

Abstract：Withthedevelopmentoftechnology，UnmannedAerialVehicle（UAV）technologyhasgraduallymaturedandbeenwidelyappliedinvariousfields.ThisarticlemainlyexplorestheapplicationofUAVlow-altitudephotogrammetryingeographicinformationcollection，analyzesthetechnicalprinciplesandadvantagesofUAVlow-altitudephotogrammetry，aswellasspecificcasesinpracticalapplications，andlooksforwardtofuturedevelopmenttrends.UAVscanconductpipelineinspectionsandmonitoring，includingwatersupplypipelines，gaspipelines，powerlines，etc.Throughaerialimagingandthermalinfraredimagingtechnology，problemssuchaspipelinedamageandleakagecanbedetectedinatimelymanner，improvingmaintenanceefficiencyandsafety.

KeyWords：UAV;Low-altitudephotogrammetry;Geographicinformationcollection;Photogrammetricinstrument

地理信息采集是對地球表面的各種地理現(xiàn)象和地理特征進(jìn)行觀測、記錄和分析的過程。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科技進(jìn)步，地理信息采集在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，如城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查等。傳統(tǒng)的地理信息采集方法主要依賴于人力觀測和地面測量，費時、費力且精度有限。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，無人機低空攝影測量逐漸成為一種新型的地理信息采集手段。

1無人機低空攝影測量的技術(shù)原理和優(yōu)勢

1.1無人機低空攝影測量的技術(shù)原理

無人機低空攝影測量是利用無人機搭載的相機對地面進(jìn)行拍攝，通過圖像處理技術(shù)，獲取地面的三維信息和地物特征。無人機低空攝影測量需要穩(wěn)定的無人機平臺作為載體，搭載相機和其他傳感器。無人機的飛行高度一般在幾十米到幾百米之間，能夠獲取高分辨率的地面圖像。無人機搭載的相機一般選擇高分辨率的數(shù)碼相機，鏡頭的選擇也會影響圖像的清晰度和視場角，通過調(diào)整相機參數(shù)，可以獲取不同視角和范圍的地面圖像。無人機低空攝影測量需要對獲取的圖像進(jìn)行處理，包括圖像校正、特征提取、三維重建等，通過這些圖像處理技術(shù)，可以從圖像中提取出地面的三維信息和地物特征。

1.2無人機低空測量的優(yōu)勢

無人機低空攝影測量技術(shù)在地理信息采集中展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，主要包括高效快速、高精度、低成本和靈活性強等。

首先，無人機低空攝影測量技術(shù)具有高效快速的特點。無人機可以迅速地到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，并進(jìn)行大范圍的地面圖像采集。相比傳統(tǒng)的地理信息采集方法，無人機低空攝影測量可以節(jié)省大量時間和人力成本，提高工作效率，這使得無人機低空攝影測量成為快速獲取地理信息的理想選擇。

其次，無人機低空攝影測量技術(shù)具有高精度的優(yōu)勢。無人機搭載的高分辨率相機可以獲取清晰度較高的地面圖像，通過圖像處理技術(shù)，可以得到較高精度的地面三維信息和地物特征，這為地理信息的獲取和處理提供了更加精確的手段，可以滿足各種應(yīng)用需求[1]。再次，無人機低空攝影測量技術(shù)還具有低成本的優(yōu)勢。相比傳統(tǒng)的地理信息采集方法，無人機低空攝影測量的設(shè)備成本較低，且操作簡單，不需要大量的人力和物力投入。

最后，靈活性強是無人機低空攝影測量的另一個重要優(yōu)勢。無人機可以根據(jù)需求進(jìn)行飛行路徑的規(guī)劃和調(diào)整，適應(yīng)不同的地理環(huán)境和地形條件。無論是在城市地區(qū)還是在偏遠(yuǎn)山區(qū)，無人機都可以靈活地進(jìn)行低空攝影測量，獲取所需的地理信息。這種靈活性使無人機低空攝影測量成為一種廣泛適用的地理信息采集手段。

2無人機測量在地理信息采集中的應(yīng)用案例

2.1城市規(guī)劃

無人機低空攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃方面發(fā)揮著重要作用。通過無人機搭載的高分辨率相機，其可以快速地獲取城市地面的清晰圖像，為城市規(guī)劃、土地利用和建筑設(shè)計等方面提供精確的數(shù)據(jù)支持。

首先，在城市規(guī)劃方面，無人機低空攝影測量可以提供大范圍的城市地面圖像，幫助規(guī)劃者了解城市的現(xiàn)狀和空間布局。這些高分辨率的圖像可以清晰地展示建筑、道路、綠地等城市基礎(chǔ)設(shè)施，為城市規(guī)劃和決策提供科學(xué)依據(jù)。規(guī)劃者可以通過分析這些圖像，制訂合理的城市規(guī)劃方案，優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)，提高城市的可持續(xù)性。

其次，在土地利用方面，無人機低空攝影測量可以幫助監(jiān)測和評估土地資源的利用情況。通過獲取高分辨率的地面圖像，可以清晰地展示土地的覆蓋類型、土地利用率等信息，為土地管理和決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。這些數(shù)據(jù)可以用于土地利用規(guī)劃、土地開發(fā)、土地評估等方面，促進(jìn)土地資源的合理利用和可持續(xù)管理。

最后，在建筑設(shè)計方面，無人機低空攝影測量可以提供高分辨率的地面圖像，幫助建筑師了解建筑物的現(xiàn)狀和周圍環(huán)境。這些圖像可以用于建筑設(shè)計的初期階段，提供準(zhǔn)確的地形信息和周邊環(huán)境特征，為建筑物的布局、形態(tài)和景觀設(shè)計提供參考[2]。圖1為城市規(guī)劃支持下的無人機攝影應(yīng)用數(shù)據(jù)圖表。

2.2環(huán)境保護(hù)

無人機低空攝影測量技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在森林覆蓋、水資源監(jiān)測和空氣質(zhì)量評估等方面提供了高效的技術(shù)支持。該技術(shù)通過裝載高分辨率相機的無人機，能夠迅速地獲取大范圍的環(huán)境圖像，從而提供精確的數(shù)據(jù)支持。

在森林覆蓋監(jiān)測領(lǐng)域，無人機可以覆蓋數(shù)十平方公里的森林區(qū)域，捕捉到的圖像分辨率可達(dá)到每像素0.5m，足以清晰地顯示森林的植被密度和樹木健康狀況。通過這些詳細(xì)的圖像，環(huán)保專家可以準(zhǔn)確地評估森林的生物多樣性和樹木的生長情況，監(jiān)測由于自然災(zāi)害或人為因素引起的森林變化。例如：在某次監(jiān)測活動中，專家通過分析無人機拍攝的圖像，發(fā)現(xiàn)某地區(qū)森林覆蓋率在過去一年中減少了5km2，這一變化主要是由于非法伐木活動。

在水資源保護(hù)方面，無人機攝影測量技術(shù)同樣顯示出其獨特的優(yōu)勢[3]。無人機能夠攜帶特定傳感器，如紅外線和光譜傳感器，對河流、湖泊和水庫進(jìn)行高清晰度的成像，圖像分辨率可達(dá)每像素1m。這些圖像可以幫助研究人員監(jiān)測水體的面積變化、水質(zhì)清晰度和懸浮物含量，通過定期的無人機飛行，可以掌握水體受到的影響程度和速度。例如，其一項研究顯示，某地區(qū)的湖泊水位在夏季由于持續(xù)高溫下降了2m，嚴(yán)重影響了周邊生態(tài)系統(tǒng)。

此外，無人機技術(shù)也在空氣質(zhì)量監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。無人機可以配備氣體分析儀和粒子監(jiān)測器，對空氣中的污染物進(jìn)行實時監(jiān)測。例如：無人機在某城市上空飛行時記錄到的PM2.5濃度為150μg/m3，遠(yuǎn)高于國家安全標(biāo)準(zhǔn)的35μg/m3。

2.3資源調(diào)查

無人機低空攝影測量技術(shù)為地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)資源調(diào)查與土地資源評估提供了一種高效且精確的手段。（1）在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，該技術(shù)能夠覆蓋廣闊的地區(qū)，捕捉的地表圖像分辨率可達(dá)到每像素0.5m，能清晰地揭示巖層結(jié)構(gòu)、礦物分布和地質(zhì)構(gòu)造。這些詳細(xì)的圖像可以支持地質(zhì)學(xué)家精確地識別資源點。例如：在某次勘探中，無人機幫助確認(rèn)了一個約2500m2的潛在銅礦區(qū)域。（2）在礦產(chǎn)資源調(diào)查中，無人機能夠提供礦區(qū)的詳盡圖像，詳細(xì)地展示礦床和礦化帶的特征。這些圖像不僅可以用于監(jiān)測礦區(qū)地形變化，還能評估礦產(chǎn)儲量。例如：在一個已知金礦區(qū)，無人機測量數(shù)據(jù)顯示地表礦化帶寬度約為100m。（3）無人機攝影測量技術(shù)也用于土地資源管理。通過高分辨率圖像，可以詳細(xì)地了解土地利用情況，為制定土地管理策略提供數(shù)據(jù)支持，例如：通過分析某一農(nóng)用地區(qū)的作物分布，可知該地區(qū)涵蓋了約5000m2的農(nóng)田；同時也可以支持農(nóng)業(yè)規(guī)劃和土地合理利用的決策過程[5]。

2.4災(zāi)害監(jiān)測

無人機低空攝影測量技術(shù)在災(zāi)害監(jiān)測方面具有顯著的優(yōu)勢。通過無人機搭載的高分辨率相機和其他傳感器，可以快速地獲取自然災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的精確數(shù)據(jù)，如洪水、地震和山體滑坡等，為災(zāi)害監(jiān)測和評估提供重要支持。

首先，在洪水監(jiān)測方面，無人機低空攝影測量可以實時地獲取受洪水影響區(qū)域的高分辨率圖像。這些圖像可以清晰地展示洪水淹沒范圍、水位變化和洪水對周邊環(huán)境的影響。通過分析這些圖像，可以準(zhǔn)確地判斷洪水災(zāi)害的嚴(yán)重程度，為抗洪救災(zāi)和災(zāi)后重建提供科學(xué)依據(jù)。

其次，在山體滑坡監(jiān)測方面，無人機低空攝影測量可以獲取潛在滑坡區(qū)域的高分辨率圖像，用于監(jiān)測地形變化和地表裂縫等情況。通過分析這些圖像，可以及時發(fā)現(xiàn)山體滑坡的跡象，并采取相應(yīng)的預(yù)警措施，減少滑坡災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)的影響。

3未來的發(fā)展趨勢

3.1高精度和高分辨率

隨著相機和傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機低空攝影測量將能夠獲取更高精度和分辨率的地面圖像。高精度意味著測量結(jié)果與真實值之間的誤差更小，能夠提供更加可靠的數(shù)據(jù)；高分辨率則意味著圖像中的細(xì)節(jié)更加清晰，能夠展示更細(xì)致的地物特征和地表結(jié)構(gòu)。通過使用更高性能的相機和傳感器，無人機低空攝影測量可以捕捉到更細(xì)微的變化，提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度，這將使無人機低空攝影測量在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用更加廣泛，為城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查等方面提供更精確的數(shù)據(jù)支持。

3.2多源數(shù)據(jù)融合

無人機低空攝影測量不僅可以利用相機獲取高分辨率的圖像，還可以與其他遙感技術(shù)相結(jié)合，如激光雷達(dá)、熱紅外等，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合和應(yīng)用。激光雷達(dá)技術(shù)可以測量地面的三維結(jié)構(gòu)，獲取高精度的地形數(shù)據(jù)和高程信息；熱紅外技術(shù)可以探測地面的熱量分布，用于監(jiān)測植被健康狀況、水資源和空氣質(zhì)量等。通過將無人機低空攝影測量的圖像數(shù)據(jù)與激光雷達(dá)和熱紅外等遙感技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以獲得更全面、更豐富的地理信息。這種多源數(shù)據(jù)融合可以提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性，為決策提供更加科學(xué)的支持。同時，多源數(shù)據(jù)融合還可以拓寬無人機低空攝影測量的應(yīng)用領(lǐng)域，推動遙感技術(shù)在不同行業(yè)中的發(fā)展和應(yīng)用。

3.3智能化和自動化

無人機低空攝影測量技術(shù)的發(fā)展趨勢之一是智能化和自動化。未來的無人機將能夠?qū)崿F(xiàn)飛行路徑的自主規(guī)劃，根據(jù)任務(wù)需求和環(huán)境條件自動地調(diào)整飛行高度、速度和方向。這種智能化的飛行路徑規(guī)劃將提高無人機低空攝影測量的效率和安全性，減少人為操作錯誤的可能性。通過應(yīng)用先進(jìn)的圖像處理算法和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，無人機將能夠自動地識別和分類地物特征，提取有用的地理信息，這種自動化的圖像處理和分析將大大減少人工干預(yù)的工作量，提高數(shù)據(jù)處理的速度和準(zhǔn)確性。智能化和自動化的無人機低空攝影測量技術(shù)將為地理信息采集提供更加高效和精確的手段，推動測繪技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

4結(jié)語

無人機低空攝影測量作為一種新型的地理信息采集手段，具有高效、高精度、低成本和靈活性強的優(yōu)勢，在地理信息采集中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并在城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查和災(zāi)害監(jiān)測等方面取得了良好的效果。隨著無人機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機低空攝影測量在地理信息采集中的應(yīng)用將會更加廣泛和深入，為地理信息的獲取和處理提供更加高效和精確的手段。

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