无人机航测在大比例尺地形图中的应用探究

潘池

辽宁省自然资源事务服务中心 辽宁沈阳 110034

大比例尺地形图的传统测绘是采用静态测量技术，首先布设首级控制网，通过CLASS RTK与全站仪相结合来进行碎部测量。这种测量效率低，测量难度高。而无人机作为一种新的监测技术，其准确性高，灵活性好，成本低而且操作方便。

1 无人机航测技术

1.1 无人机航空摄影

无人机航空摄影主要包括无人机发射、作业飞行、无人机回收、数据检查等步骤。①选择适宜的起降场地，在接收到飞行指令后，发射无人机。②地面站实时监控无人机数据采集，由于无人机集成了高精度的差分系统，只需获取无人机端的差分数据和地面端的基站数据即可。③无人机完成飞行任务后，返航到降落点上空，在无人机驾驶员能够掌控无人机的前提下，将遥控器切换到人员操纵模式，引导无人机安全着陆。④从存储设备中导出影像数据和差分数据，并进行数据检查，检查数据是否合格，如不合格，进行重新补飞的工作[1]。

1.2 无人机飞行平台系统

无人机的飞行平台系统可以让无人机保持飞行的姿态平稳，抗干扰性强。无人机机体由玻璃钢或者碳纤维复合材料制组成，内部中空，有很大的空间来用于安装提供其他设备的安装和维修。根据控制系统的型号以及无人机的主要设备可以确定设备仓的空间大小。无人机的发动机和螺旋桨都安装在无人机的头部、两翼或者是机身尾部，螺旋桨的旋转给无人机提供动能。因为不同的地区所拥有的地理形式不一样，无人机的起降也被设计成多种形式，包括滑行、伞降回收、车载起飞等模式。无人机飞行平台由无人机机身、无人机推进系统、电源系统和自动驾驶系统等组成，其作用是将传感器带到特殊的地理位置进行采集地理信息。

1.3 技术优势

①应急能力强。在实际开展工程测绘时，经常会出现一些突发事件，特别是在大比例尺地形图的测绘过程中，其本身难度很大，加之突发问题的出现，使测绘结果的准确性大大降低。无人机航测技术由于其使用方便快捷，机体小巧，速度容易控制，到达现场之后能够迅速展开工作，并且不间断地跟踪事件的发展，有利于指挥中心及时掌握事件态势。②适用范围广。无人机航测技术由于是无人驾驶，相关工作人员只需要利用计算机系统进行远程操作和控制便可以实现复杂区域的测绘工作，实际应用和测量中不需要考虑人员安全问题，特别适用于一些复杂的地形测量工作中，不仅提升了测绘效率和质量，而且有效避免了人员测绘伤亡问题。另外，对于一些特殊的地区全年云层较厚，无人机航测受到云层、气候等条件的影响和干扰较小，实际应用中可以有效提升测绘精准度。

2 无人机航测在大比例尺地形图中的应用

2.1 飞行准备

一般而言，无人机航测在测绘领域应用的基础是外业倾斜摄影航线设计，也就是在开展无人机倾斜摄影之前，优先将无人机的拍摄航线设定好，设定无人机的飞行高度、分辨率要求等相关参数，并在设计图中标注明确，这样方便后期数据处理时，进行实际比例尺的换算，从而保障大比例尺地形图的绘制精度。

2.2 数据获取

主要包括像控点数据和影像数据获取。为了更好地满足精度要求，通常采用先布测像控点再航摄的作业流程，尤其在测区外围特征点较少的区域，以靶标的方式布测。倾斜航摄虽然没有传统航摄对天气的要求高，但选在晴朗的、光线条件较好的天气下获取影像，模型质量更高。同时，如果选取不同天气条件下的多架次航摄数据进行空三解算，可能会导致某些像片无法匹配连接点，影响空三成果精度。

2.3 图像预处理

因为在无人机的拍摄中数码相机的画幅比较小，所以需要图像预处理技术来达到良好的测量精确度。无人机航摄图像预处理方法一般有两种，分别为噪声去除法和镜头畸变校正法。在图像的拍摄或者传输的过程中会受到噪声信号的干扰，从而影响图像的正常生成。通过滤波处理，可以去掉图像中的噪声信号，将拍摄好的图像经过处理后转变成数字信号，经过傅里叶变换变成频域信号，然后通过滤波器过滤掉噪声的频段，只留下有用的频段，再经过逆向变换后，经过一定的处理得到滤波后的图像，从而达到过滤噪声音的效果。镜头畸变是由于实际图像的位置与坐标位置偏离而产生的现象，首先对将已设置高精度点空间坐标的控制场进行拍摄，并提取图像坐标，然后根据共线放出推导出图片的原始坐标，从而实现镜头畸变的校正工作[2]。

2.4 现场补测

利用无人机航测技术进行大比例尺地形图测绘时，虽然可以提升测绘精准度与效率，但是也存在一定的缺陷，即在测量某些地形特征时，对于地形中一些结构死角或相对隐蔽的位置难以测量，如此容易导致最终的测绘准确性降低。为了有效提升测绘精准度，需要在现场进行补测。通常情况下，对无人机航测结果准确性的分析和判断，往往需要对测绘结果进行对比，即将一小部分的测量结果与测量图结果进行比较，以此找出测量中存在的错误，并及时有效地进行修正处理。而对于一些错误比较明显的位置，要进行现场的补测，在完成补测后进行二次对比分析，目的在于找出测量误差并进行修正，从而有效提升测量的准确性。

2.5 地形图制作

利用制作出来的三维立体模型采集线划图，进行比例尺线状地形图的绘制，主要包含4个步骤：①建筑物外部轮廓绘制。利用建筑物侧面形状数据，绘制建筑侧面轮廓的基点，形成闭合线状要素，通过三维模型确定建筑物的特征，赋予要素建筑物的属性信息。②线状地物的绘制。通过倾斜模型进行线状地物的绘制，三维模型上可以直观的展现地物平面位置、高程、属性特征等，进行快速地提取要素的内容。③高程提取。在倾斜模型上具有高程信息，在模型上可以快速地提取需要获取的高程数据。④地形图修饰。绘制完成后对照倾斜摄影模型检查图面注记，修饰绘制要素[3]。

3 结语

采用无人机倾斜摄影测量技术进行大比例尺测图，可通过对遮挡区域补摄、采用全画幅相机获取像片以及利用模型选取的高程点进行等高线生成等方法，提高测图效率，进一步完善测图流程，为今后开展无人机倾斜摄影多元化、产业化应用提供一定的研究基础和参考。