无人机倾斜摄影测绘技术在联合测绘中的应用研究

翁达权

摘要：利用无人机航空摄影测量已经成为测绘工程中较为普遍的一种方式。通过合理运用无人机遥感技术，可以显著提高测绘的精度和效率，降低工作难度，缩短工作周期，在实践应用中获得广泛好评。以汕头市万达广场为例，重点分析无人机倾斜摄影测量技术的优势，结合使用倾斜摄影视角和垂直倾角进行测绘采集，收集到的资料信号更为全面和精确。通过无人机倾斜测绘和像片控制测量的数据成果进行联合测绘，获得了汕头金平万达广场的测绘成果更加直观、全面，更具有说服力。

关键词：联合测绘   工程测绘   测绘技术应用   无人机航空摄影

Research on the Application of UAV Tilt Photogrammetry Technology in Joint Surveying and Mapping

—Taking the Wanda Plaza Projectin Jinping，Shantou as an Example

WENG Daquan

（Shantou Surveying and Mapping Institute of Natural Resources， Shantou，Guangdong Province， 515000 China）

Abstract： The use of drone aerial photogrammetry has become a more common method in surveying and mapping engineering. The rational use of drone remote sensing technology can significantly improve the accuracy and efficiency of surveying and mapping， reduce the difficulty of work and shorten the work cycle， and it has been widely praised in practical applications. Taking the Wanda Plaza in Shantou City as an example， this paper focuses on analyzing the advantages of UAV tilt photogrammetry technology， and combines the use of the tilt photographic perspective and the vertical tilting angle for surveying and mapping acquisition， and the collected data signals are more comprehensive and accurate. This paper conducts joint surveying and mapping through the data results of UAV tilt surveying and photo control survey， and the obtained surveying and mapping results of Wanda Plaza in Jinping， Shantou are more intuitive， comprehensive and convincing.

Key Words： Joint surveying and mapping; Engineering surveying and mapping; Application of surveying and mapping technology; Drone aerial photography

隨着科学技术的进步，各类先进的科学技术应用的领域在不断的扩大。各个行业的发展与科学结合更加紧密，而且各个行业在发展的过程中与科学技术的充分结合，不仅推动了行业的发展进步，也为其他行业的发展提供了新的方向，科学技术与测绘工程的结合成为时代发展的必然趋势。无人机航拍技术在工程测量测绘工作中，可以获取相对完整的图像及被测目标的实际信息，为工程测量测绘提供更稳定、更精准的数据支持。无人机航拍技术中融合了多项技术手段，能够完成工程信息测量、采集、传递及相关的数据处理工作，能够以图文并茂的形式，将测绘结果呈现在测绘软件中，具有极高的灵活性。该技术的应用领域较为广泛，优势极高，在业内赢得了一致好评，是当前我国工程测量测绘行业的应用重要技术之一^[1-2]。

1 无人机航拍技术及其应用

1.1 无人机航拍技术

无人机航拍技术是指利用无人机的高空飞行能力和自身搭载的摄像设备，在航行过程中对被测目标进行实际情况的拍摄和测量，然后通过自身传感器设备完成图像拍摄和采集，并借助图像处理技术对获取的图像信息进行分析和处理，最终将结果传递至终端。目前，该技术已广泛应用于多种测绘领域，能够高效地处理高空图像信息，实现实地测量。无人机航拍技术由无人机航拍系统和无人机航拍操作结构两部分组成。其中，无人机航拍系统包含无人机飞行器、导航飞控系统、动力装置、电气系统和云台等组件。在应用时，无人飞行器作为主要载体，选择全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）导航和MU定资模块后，使用高分辨率的数字相机进行高空拍摄。

1.2 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术流程主要分为外业过程、内业整理和绘制成果3个部分。如图1所示，无人机倾斜测量技术的外业过程包括了无人机的飞行和拍摄、地面控制点布设和GPS数据采集。内业整理则是将外业拍摄的数据进行预处理、传感器精度校正、点云数据提取和三维模型构建等处理。最后，绘制成果则是将三维模型导出，生成制图、量算、分析和应用。倾斜摄影测量技术的发展与应用，为工程测绘提供了更加高效、准确和可靠的测绘方法。

2万达广场工程测绘中无人机测绘技术的应用

为了满足汕头万达广场项目规划竣工验收和不动产登记的需求，为相关部门实施规划竣工验收和不动产登记以及人防验收提供可靠的地理信息数据支持，同时为委托方提供全方位展示项目建设成果、后期物业和室外空间安全管理、消防管控等服务。根据作业区域位置、规则及建筑物特征，无人机获取地面影像数据，分辨率不低于0.015m，并生成倾斜的实景三维模型。结合传统测量手段，采集建筑物特征点，绘制建筑物分层平面图、宗地图、竣工规划测绘总平面图等图件，最终得到万达广场的精确测绘结果。采用技术路线“先控制后测图、前后工序交叠进行、测绘过程步步检核、确保质量的基础上保证进度”的联合测绘方式，确保测绘工作的高质量和进度。

无人机遥感技术在万达广场项目测绘中的应用，大大提高了工作效率，能够快速监测大面积待测区域。同时，无人机测绘技术的数据全面性和高分辨率也为精确地绘制实景三维模型和其他测绘图件提供了有力的支持，这种联合测绘的方法，不仅使测绘数据更加准确和可靠，而且能够提高工作效率，从而节约人力和成本，具有很高的实用价值和应用前景^[3-4]。

2. 1划定航线与测量范围

在运用无人机航拍技术进行测绘时，首先需要确定目标点位的测量范围。接着根据目标点位的实际情况，规划无人机的飞行路线。在实际应用中，无人机的飞行时间一般约为一个小时，但并不包括无人机的起降时间。为避免在航拍作业过程中发生能源耗尽导致坠机等事故，操作人员必须提前规划好无人机的飞行路线和航拍时间，并做好充分的准备工作。为了确保在规定的时间内完成高效、精准的测量以及测绘工作，保证无人机航摄的完整性和全面性，还需要提前确定测量区域及逆行情况。确定了无人机航线并划定了范围后，才能使用无人机航测系统，在空中俯瞰观测并拍摄被测量物体。在规划航线和测量范围时，应充分考虑被测量区域的实际情况，将其划分为等距离的长条形状，以便更好地进行测量。然后，查看长条区域对应的四角标志位置，并合理设置飞行时间、飞行速度和航拍距离，才能开展完整、全面的测量测绘工作。

本次测绘任务的区域位于汕头市金平区潮汕路61号，东邻潮州路，西邻潮汕路，南邻竹堤路，北邻金凤路，总面积约为64 016.00 m²，规划许可总建筑面积为141 919.76 m²。该区域人口密集，交通流量大，属于亚热带气候，位于赤道低气压带和副热带高压带之间，在东北信风带的南缘，气候温和，冬季偶有短时霜冻。周围环绕着低层住宅楼，地形平坦，通视良好，交通便利，日照充足，风力较小，非常适合使用无人机进行航拍测绘。

在设计航线时，首先需要考虑测区建筑的高度和建筑之间的间距，确定航线的旁向重叠率。已有资料显示，该区域主要是由多層建筑和平房组成，因此我们将旁向重叠率设计为65%，航向重叠率为75%。如果测区边缘是建筑物，我们需要根据视高度情况外扩1～2条航线。本次作业的飞行高度为150 m，个别困难地区可适当增加航高，航高差为20 m。在地面站确认飞行区域后，输入飞行高度、旁向重叠率等参数，进行航线规划。预计需要5～6次航行，才能在1个有效工作日内完成任务。同时，相邻航线间的相邻架次的下视重叠率不得低于70%。

因此，在无人机航拍测绘的过程中，需要仔细考虑航线的设计和规划，以确保任务的高效和准确完成。

2.2建立目标区域控制网

在进行无人机航拍前，必须先在目标区域内建立区域控制网，以提高测量测绘的精度，完成精细化测绘作业，提高测量测绘的质量和效率。在建立测量区域控制网时，工作人员应结合该工程的实际情况和测量区域的地图信息，建设与工程测量测绘规模相适应的控制网络。在控制网的范围内，应设置相应的GPS坐标点，并建立三维坐标系。各GPS坐标点的方位应标记在三维坐标系中，为后续的测量、测绘和数据分析提供有力的支持。

汕头市已经建立了CORS网（共有5个基站），该网采用2000国家大地坐标系作为坐标系统，采用1985国家高程基准作为高程基准。CORS站南北分量的中误差平均值为±0.3 mm，最大值为±0.3 mm；东西分量的中误差平均值为±0.3 mm，最大值为±0.3 mm；垂直分量的中误差平均值为±1.2 mm，最大值为±1.3 mm。CORS网作为本测区像片控制测量和无人机倾斜航空摄影的起算点，采用汕头市5″导线点作为检测控制点。在现场布控3个一级控制点，利用徕卡2″全站仪现场布设导线，结合无人机倾斜影像进行数据采集。控制测量和导线测量采用CORS实时定位技术，使用RTK进行实时定位。控制测量和导线测量的技术要求见下表1和表2。

2.3 开展外业航摄

在无人机起飞前，技术人员须重新组装无人机机体，确保无人机的状态稳定。安装无人机航摄弹射架，并将提前设定好的飞行信息录入无人机飞行系统中。在巡航飞行过程中，操控手需时刻紧盯无人机的飞行状态，而技术支持人员则需观察地面站上显示的数据，不断向操控手汇报无人机的各项参数，例如电压、水平速度、高度和姿态等，并负责疏散围观人群、观察实时交通状况，以确保操控手的安全。在外业航摄作业过程中，数据传输系统是无人机航拍技术的核心系统，可用于实现无人机飞行的操控和跟踪定位，并执行高效的信息传输。在无人机起飞后，操作人员可启动巡航模式，使无人机按照预设的航线进行飞行。操控人员需密切观察无人机的飞行状态和周边环境的变化，一旦发现无人机飞行异常，应立即采取人工操作干预以便控制无人机的航摄过程。

1. 万达广场基于无人机倾斜影像和像片控制的三维实景模型生产

3.1 无人机倾斜影像处理

完成外业航摄后，无人机拍摄的影像和数据信息是进一步分析和处理的基础。在进行数据处理前，需要对外业采集的影像、位置信息和参数信息进行检查，以确保它们符合处理要求。这个过程通常包括3个主要的部分：首先是对测区倾斜影像的检查，以确定影像质量是否符合要求；其次是对与倾斜影像相关的POS等参数信息进行处理，以确保它们准确无误地反映了无人机的位置和姿态；最后是对测区范围内的控制点数据进行预处理，以便后续的数据处理和分析。

此时，数据分析和处理的任务包括影像比例的校正以及数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）数据的匹配。在执行无人机航拍任务期间，需要考虑影像畸变的影响，并进行纠正，包括被测目标主点坐标和对称畸变参数、CCD非正交性畸变系数、非对称畸变参数等。同时，在DEM数据匹配处理中，需要建立被测目标的地表DEM模型，进行正射投影分析，并用于匹配DEM数据。通常使用pixel grid软件进行DEM数据匹配，利用该软件的自动数据采集和多模型匹配功能，有助于工作人员快速完成DEM点位的设置。通过无人机倾斜摄影获取测绘信息，并对其进行处理和分析，以得到准确的测量结果。

3.2 像片控制测量

像片控制测量采用基于CORS站的网络RTK测量方法，同时进行平面和高程测量。在困难地区，也可采用全站仪进行测量。检核点的测量方法与像控点相同，对于建筑物顶部的检核点，可以使用全站仪进行测量。完成像片控制测量后，需要按照要求对像片控制点成果表、计算表、点之记进行整理和核对，并由核对者签字确认后方可提交内业处理。在汕樟路测区，像控点（包括检查点）的点位信息需要按照“像控点点位信息表”的格式统一记录。

在完成像片控制点联测后，需要按照要求绘制测区像片控制点布点略图，用于展示成果。在绘制略图时，需要考虑布点的准确性和可视性，确保图像清晰、易于理解。这样可以为后续的数据处理工作提供有效的支持，确保数据质量和精度达到要求^[5-6]。

3.3 三维实景模型生产

为确保实景三维数据的质量和精度，在数据处理过程中，需要遵循各项处理规范。首先，需要将采集到的POS信息和倾斜影像制作成影像参数文件，将相机信息制作成相机参数文件，以确保数据的准确性。其次，在街景工厂中建立工作流程，匹配空三连接点并进行校正。由于计算连接点误差较大，需要进行人工干预，并修正至标准值，以提高数据的精度和准确性。最后，进行建模生产，生成高质量的实景三维数据。具体实施步骤包括数据预处理、三维建模、纹理映射、质检等环节，每个环节都需要遵循相应的处理规范，以确保数据的质量和精度达到要求。

三维建模是街景工厂利用分布式计算模式进行任务处理的过程，能够高效地处理大量的数据。在实景三维建模过程中，需要考虑到大气反射、水面反射、镜面反射以及拍摄分辨率等因素的影响，这些因素可能导致数据的缺失、颜色失真、结构丢失、破损等问题。为了得到符合要求的数据，需要在3Dmax等软件中进行二次处理，以修复缺陷和提高数据质量。

万达广场实景三维模型如图2所示，该模型展示了建筑物的立体结构、立面外观和细节特征等信息，具有较高的精度和真实性。这种建模技术可以应用于城市规划、建筑设计、电影制作、游戏开发等领域，为各种应用提供了重要的数据支持。

4 结语

在汕头金平万达广场工程测绘中，无人机测绘技术手段的使用解决了传统测量模式下对建筑物造型奇特、误差大、耗时长的问题，精确测定了建筑物不规则的外立面曲线，并解决了普通仪器对建筑物阳角及阴角在视觉下出现叠影难以识别照准的问题。此外，无人机测绘还辅助验证联合测绘成果数据，丰富了联合测绘成果，并为后期成果延展运用提供了有力支撑。通过无人机测绘技术手段的应用，汕头金平万达广场工程的测绘工作得以高效地实现，并获得了精确可靠的测绘数据，这将对后续的建设、管理和维护工作产生重要影响。

参考文献

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