无人机测绘数据处理关键技术及应用探究

史文旭

河北省制图院，河北石家庄 050031

无人机测绘技术是综合运用计算机和可视化技术等，进行测绘工作的高新技术。这一技术进行数据处理，产生的测绘结果是非常精确的，而且无人机测绘具有灵活性和机动性，是传统测绘技术不可比拟的。无人机测绘的精准度和测绘效率的提高，对于测绘行业的发展具有重要的意义。而且无人机测绘的成本较低，不受外界多数因素干扰，降低了传统测绘人工的使用率。以上多种优势促成了采用无人机测绘数据处理关键技术的研究和应用。

1 无人机测绘技术概述

无人机的动力系统在测绘复杂地理区域的地形上具有技术优势，包括工程中所经过的区域山川、密布的河流，利用电源系统采用了新型的太阳能、锂电池等续航能力较长的系统功能；无人机的摄像系统保证了画面的清晰度、续航系统实现了长时间的悬停功能，同时，无人机采用了飞行控制软件系统中的地面导航系统，建成了导航数据库、经过对航线的规划后，保证了无人机的巡航的准确度。使用应急抢险检测车为载体，对各类数据进行了处理，能够完全独立完成跟踪、控制和回收。使用高程信息数据库等用于测绘工作选用，数据传输系统将飞行中采集到的数据传输回地面，进行无人机位置的自动漫游的追踪任务。还有视频采集系统、图像采集系统等搭建的平台。无人机借助无线电遥控装备，配备了程序控制装置，根据平台构型分类，完成了数据传输、导航、飞行等系列任务。

无人机分为固定翼和旋翼两种，均可应用在航空图像获取和处理等领域。旋翼要求对空开阔，垂直起降，姿态平稳，在空旷场地就能够起飞，一般具备图传系统，可以实时监察摄像机采集到的信息。固定翼的特点是需要地面开阔，用于起降。抗风较差，执行完任务后，需要进行续航系统充电，方可持续的执行任务的能力[1]。

2 无人机测绘数据处理关键技术

（1） 无人机使用三维视图可以重现项目区域中的各个建筑、设施、预制场地，并对上述地点、位置等进行预估计，各类系统的集成还能对工程进度进行跟踪和观测，实现全面的航测并进行图像处理、导航遥感、网络集成。例如，某项目中的区域测绘，采用无人机进行了运距和石料等规模的初步分析和评估，对于土场和石料厂进行了航拍，无人机的监测范围包含了进度情况和安全隐患点的识别[2]。

表1 无人机区域航测某项目区域面积及航测时间

（2） 相机校验技术是无人机测绘数据处理的关键技术之一，对需要拆迁的房屋、树木、路线走向等进行了拍摄和识别。非量测相机的主距和主点的位置未知，且存在多种畸变，因此，需要进行严格的校正，按照影像不能直接对像主点的坐标进行确定，对于地形图的测量，必须内定像。畸变差一般分为径向畸变差和切向畸变差两种。作业中通常运用室内多像灭点的检校法及自检校法。室内检校需不同距离不同角度拍摄检校墙若干张，带入检校软件迭代运算，如GODWORK。自检校需将作业航片带入空三软件，Inpho、Pix4D进行空三，根据相片间连接点与外方元素迭代运算。依据畸变参数重新定义相机，再次空三能够得到更高精度。也可将畸变参数带入立体测量软件，即可正常恢复立体，进行线化图立测。

（3） DOM指的是数字正射影像技术，例如无人机通过对航空相片的影像处理获取高精度图像，帮助公路养护管理以及应急抢险实现了在线平台的结合。由于无人机的数据采集的精度非常高，因此能够实现检测对象的三维视图重现，采用无人机的几何参数测量、扫描路面精细度、测量平整度、车辙扫描、对病害进行识别和分类评级等功能，单就无人机对路面检测，可以为公路养护提供全面准确的参考。一旦公路出现了塌崩、滑坡等情况及时进行追踪，将数学关系加以计算，形成数字正射影像。在道路应急抢险方面，一般采用的方法包含了正和反的解法。将灾害等情况实现了图像资料的可视化，为应急力度和强度的预判提供了依据[3]。技术重点是数字高程模型的生成以及外方位元的计算，DOM生成之后，使用模块进行像片的镶嵌，用数字微分纠正像片中的内定向参数。

（4） 一般连接点的提取是在软件中完成的，采用最小二乘法和特征组合的先进技术，利用全自动的处理方法对点进行选择、变换和量测。自动连接点的提取是经过全自动选取的，连接点的提取加入了多重的重要参数，连接点的匹配利用综合性的自动化整体测绘平差技术，是无人机测绘技术中的关键一步。内部控制质量的目的是图像中的连接点能够优化，测量区域的图像最终达到整体的测绘区域的连接点。进行测绘的时候注意维护连接点的质量，对于可能会出现影像的质量不理想、航偏角过大等情况，经过人工检查纠正一些偏差，例如采用转刺加密点和手动选点的方式，能够获取整体的点的连接信息[4]。

（5） 空中三角测量时利用外业测量的控制点，按照一定的数学模型，对覆盖区域内的数百个控制点进行测量。测量作业过程中需要对所有的控制点以及每张像片的外方位元素进行空中三角加密模块的设置，例如，使用DATMatriX软件，进行模块的完成，按照数字航空摄影测量的三角测量规范规定。对于野外控制点的平面位置和高程进行测绘，应采用多余像片控制点的中误差进行估算。

加密点对最近野外控制点平面位置和高程的误差（m）

经过相对定向和绝对定向的操作，空中三角测量即可完成。采用DATMatrix软件执行PATB模块的运行，利用光束发区域平差的算法进行初次平差解算，检查是否存在像片上的连接点没有连接的问题，是否添加了补充连接点[5]。

（6） 在采集窗口上采集点位，按照点线面的要素要求，运用系统的模块选择相应的地物符号，测量地物处的标志，进行DLG工程的新建，设置好轮廓上的接点，进行轮廓所有节点的依次完成。支持地物要素的内插、转换、裁剪、连接等处理技术，具备精度分析、数据检查和拓扑检查等控制功能。例如对房屋的凹凸部位，依照比例尺进行测绘，小于0.4mm的两端有墙垛的部位可以舍去。测绘烟囱、主要道路上的物体的轮廓线等，应测定其中心位置，由外业进行性质的调绘。对于独立地物，如露天体育场分为有看台和无看台的，按照比例测定范围并配置相应符号[6]。

3 结语

无人机利用硬件系统总体架构和软件系统主要功能模块进行测绘技术的实施，拥有航摄技术和三维激光扫描技术的优势，采用合理的数据编辑和滤波算法，进行遥感系统的数据测绘技术，采用的技术众多，利用无人机遥感系统获取的影像数据采用平差处理之后，在精度和高程精度上均令人满意。可以满足地形图的精度要求。

[1] 冉艳艳，刘欢，王家峰，等.基于PixelGrid的无人机影像DEM精度评价[J].江苏科技信息，2017（3）：60-61.

[2] 张倩，郜海峰.无人机测绘数据处理关键技术及应用[J].建筑工程技术与设计，2017（33）：297-297，2663.

[3] 左志权，王柯，刘正军，等.无人机多传感器数据几何后处理框架设计与质量控制[J].遥感信息，2014（ 5）：32-36.

[4] 衣峻.无人机测绘数据处理关键技术及应用探究[J].中小企业管理与科技，2017（ 31）：158-159.

[5] 罗东山，何军，崔立水，等.无人机空中激光扫描测绘系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2015（10）：175-177.

[6] 姜会义，张学珍，张学萍，等.车载无人机在测绘应急保障中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016（ 7）：171-172，178.