关于无人机测绘数据处理关键技术及应用

马蕾

摘 要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着科学技术水平的不断提升，给工程测绘技术提出了更高的要求，不仅要具备较高的测绘效率，同时对于数据处理水平也必须要得到提高。无人机测绘作为一项新型的测绘技术，不仅具有测绘效率高、精度高的特点，同时其在数据处理方面也具有巨大优势，可以大大提高数据处理的效率，降低人工劳动力的投入。本文就关于无人机测绘数据处理关键技术及应用展开探讨。

关键词：无人机；测绘数据处理；应用

引言

人机技术的日益成熟，使得无人机在地图测绘、灾害监测、地质勘查等民用领域得到了广泛应用。无人机在飞行过程中，利用机载小型摄像机航拍目标区域的图像、视频，然后将这些数据信息传输回控制中心，方便管理人员动态化的了解目标区域的实际情况，从而为下一步开展相关工作提供了必要的参考。在这一过程中，如何提高无人机测绘数据处理的效率与质量，成为决定无人机在测绘行业应用效果的重要因素。

1 无人机测绘技术数据处理概述

无人机作为当下时代的主要产物，被广泛应用到军事和民用等多个领域。而无人机在工程测量中的应用，使得测量效率得到了大幅度提高，同时对于测绘结果的精度也可以得到保障。无人机系统主要包括以下几方面结构，即导航系统、数据传输系统和飞行姿态控制系统。根据无人机机翼的结构，可以将其分为固定翼无人机和多旋翼无人机，其中四轴无人机飞行器是多旋翼无人机的主要代表。利用无人机进行测绘数据的处理主要原理如下，即通过无人机控制点所获得的数据信息，将其与无人机航拍所得到的图像信息进行结合处理，最终得到相关的数字产品。无人机测绘数据处理的效率和精度高低对于后续工作影响较大，所以相关研究人员要给予高度重视。

2 无人机测绘系统组成分析

（1）空中部分。无人机遥感测绘系统的空中部分主要包括4个方面，控制系统、传感器系统、压缩系统和无人机平台。控制系统主要是指地面控制中心，即地面工作人员通过相关网络平台的操控，可以实现对无人机的远程控制，从而完成一系列的飞行姿态转变；传感器系统是无人机遥感测绘系统的核心部分，其中布设有CCD数码相机、合成孔径雷达等设备，可以高效地进行空间影像拍摄处理；压缩系统可以实现对数据的实时传输，确保数据信息的高精准度；无人机平台即低速无人驾驶飞机。（2）地面部分。无人机遥感系统的地面部分可以细分为无人机轨迹规划部分、无人机远程控制部分和影像拍摄显示部分。其中，轨迹规划任务主要是对无人机测绘航线、性能以及作业区范围进行规划，确保无人机测绘的高效进行。完成轨迹规划后，由地面远程控制系统进行无人机的测绘作业，同时由地面显示系统记录无人机拍摄的各类影像数据。（3）数据处理部分。无人机遥感测绘系统包含计算机处理系统，获取实物影像信息后，由计算机系统进行数据采集、存储和处理工作，不仅减少了人工工作，而且大大提高了数据处理结果的准确性。无人机遥感测绘系统依靠地面部分、空中部分以及数据处理部分之间的配合完成工程测绘作业，功能性较高，可以被应用到地质灾害灾区监控方面，不但可以了解灾区详细影响信息，还可以为后续灾区重建提供重要的数据参考。

3 无人机测绘数据处理关键技术研究

3.1 相机校验

在无人机测绘系统当中，最为重要的一个设备就是非量测相机，其测量准确度直接决定着整个测绘结果的准确性，但是在实际应用过程中难免会产生一定的误差，主要是由以下几个方面因素所造成的：首先，相机的镜头本身就存在较大的畸变差，这就使得测量点可能出现一定的误差，从而影响测绘结果；其次，由于事先不知道相片中心和相机主距的具体坐标，所以不能根据影像对坐标进行准确的判断，这样会在一定程度上影响数据处理效果。想要更好地避免这种现象的发生，不断提高数据处理的准确性，就需要专业人员对相机进行校验。

3.2 DOM生产

DOM（数字正射影像技术）是无人机测绘数据处理中的关键技术，在实际应用和生产中，主要包括数据处理、影像纠正和匀色处理等环节。这几个环节的处理水平直接影响了DOM最终的结果精度。进行DOM生产时，人工作业量较大，为了确保数据处理结果的准确性，需要使镶嵌线避开人工建筑，以确保DOM接边的精度符合相关标准。

3.3 DEM生产

对于一些地理环境比较复杂的测绘目标，需要借助于无人机测绘技术构建DEM（数字高程模型），以方便技术人员更加详细的掌握测绘目标的各种情况。DEM作为一种对实体物体的数字化模拟，不仅能够体现出现场情况的具体细节，例如道路、树木和建筑等，而且可以根据工作需要，对这些虚拟模型进行随意的修改。虽然无人机测绘数据的精度能够满足工作需要，但是对于一些重叠、遮挡的情况，仍然需要技术人员运用DEM技术，对测绘数据和虚拟模型进行人工编辑，这样就可以及时发现并纠正无人机航拍影像资料的缺陷。此外，将DEM与BIM相结合，还能够利用电脑软件生成测绘区域的三维模型，并且利用无人机高分辨力的测绘数据，还原测绘目标的细节，这也为提高无人机测绘的实用价值起到了支持。

3.4 动态后处理技术

動态后处理技术，又称PPK技术，其是一种GPS技术。PPK技术的优势主要体现在以下几方面：（1）外界影响环境小；（2）作业半径大；（3）定位精度高。该技术对季节条件和气候条件要求较小，最大作业半径可达30km，其精确度可达到5mm。目前，PPK技术主要应用于空中三角测量中。

3.5 空中三角测量

空中三角测量也是无人机测绘数据一种常见的技术，其应用内容主要包括对平差的计算、像点的匹配以及电测几项内容。像点匹配操作一般情况下都是由计算机所完成，当然相关工作人员需要提前对计算机软件进行参数的设置，之后将像点导入到计算机系统当中，其就可以自动完成对各个像点的匹配。无人机在实际飞行过程当中，其姿势会发生多种变化，所以拍摄角度也会不停地改变，这就造成测绘数据难免出现误差，在对这些测绘数据进行处理的时候，可以采用像点匹配算法或者是迭代算法，这两种算法可以有效降低高层误差和平面位置误差，从而有效提高测绘结果的准确度。

3.6 DLG生产

数字线划图（DLG），是与现有线划基本一致的各地图要素的矢量数据集，且保存了各要素的空间关系信息和相关属性信息。无人机航空摄影测量生产DLG主要过程包括在空三加密基础上恢复立体像对、立体采集、外业调绘和内业编辑成图。DLG生产周期在数字测绘产品生产中最长，其立体采集需要专业技术人员佩戴3D眼镜通过专业立体电脑采集。目前无人机测绘中，DLG的应用还具有一定的局限性，这主要是因为DLG生成的图形会受到地图要素的影响，产生波动变化。如果无人机多次测绘获取的地图要素存在较大误差，将会导致数字线划图中的坐标发生改变，也就失去了参考价值。因此，下一步的技术发展方向，就是要提高无人机测绘精度，尽可能的消除干扰影响，将DLG的误差控制在一定范围之内，提高其使用价值。

4 无人机测绘数据关键技术的应用

4.1 在矿山测绘中的应用

某地新发现一座矿山，为确保矿山开采安全，需要进行无人机测绘。具体测绘步骤如下：首先，进行无人机航线设计，通过航拍要获取矿山的地形地势、测区总面积、周围交通等数据信息。根据矿山测绘需要，确定无人机飞行的具体参数，包括飞行高度、分辨率等。其次，做好地面控制工作，提前确定好若干个测绘点，方便无人机搭载的高精度数码相机进行数据采集。在完成第一次航拍后，地面控制人员可以对无人机反馈的拍摄信息进行检查。如果测绘数据达不到使用要求，需要调整无人机的拍摄角度、飞行高度，重新进行拍摄，直到获取足够多的测绘数据。最后，将无人机收集到的测绘数据进行整合、分析，得出矿山的具体信息，包括地势特点、交通情况、植被覆盖情况等，为下一步的矿山开采工作提供了详细的指导。

4.2 在环境监测中的应用

将无人机测绘数据处理关键技术应用于环境监测中，不仅可以快速获取航测影像，并且获取的影像精度较高。因此，将无人机测绘数据处理技术应用在环境监测中，具有重要的价值，可以全面掌握环境污染情况，尤其是排污污染情况。另外，在环境监测方面，无人机测绘数据处理关键技术还能应用于海洋监测、湿地检测以及固体污染物监测等领域。

4.3 在国土测绘中的应用

将无人机测绘数据处理技术应用到土地资源管理工作中，可以有效提升我国土地资源的利用率，将其应用到国土测绘工作中，可以使得相关工作人员更好地掌握我国目前土地资源的实际利用状况，这对于国土部门的土地规划方案制定具有非常重要的价值，可以使得规划方案更加科学合理，符合我国实际国情。除此之外，无人机在国土资源中的应用还实现了动态监测，对区域规划工作也起着具有十分重大的意义。

4.4 在灾情救援中的应用

近年来，我国各类自然灾害频繁发生，尤其是地震灾害。为在各类灾害发生后及时展开救援工作，将无人机测绘数据处理技术应用于灾情救援中有十分重要的作用。这主要是由于无人机测绘技术具有较强的灵活性和机动性，可以快速且准确地获取灾区地段的影像。总之，将无人机测绘技术应用于灾情救援中，不仅为救援工作提供了便利，还提高了救援工作的效率，更为挽救灾区人民生命安全提供了支持。

5 无人机测绘数据处理的应用研究

（1）工程概况。本工程为机场高速整治项目，为了确保工程的顺利进行，需要应用无人机测绘及数据处理技术，为后续的整治过程提供有效指导。在具体的应用中，需要相关工作人员结合无人机测绘系统进行测区地形地貌的摄影测量，掌握测区内拆迁面积及居民房屋情况等数据，对后续项目的顺利开展有重要的促进作用。在本次地质勘察过程中应用了无人机航摄技术，形成DEM、DOM和DLG数据，获得了分辨率较高的影响资料。勘察地块有5块，分别编号为A、B、C、D、E，其中，B地块又被分为6个小区块，C地块又被分为2个小区块，E地块又被分为3个小区块。（二）航线设计。测区基础数据及采用设备情况录入如表1所示。

（三）像控点布设测量。无人机测绘中，对数据处理技术的应用应重点放在像控点布设测量中，结合本工程的实际情况，在开展像控点布设测量时，需要特别注意以下几点：（1）由于本工程测区内的像控点均为平高控制点，因此，为了确保测量精度符合标准，需要在测量时结合测绘资料和成图精度要求，以此对平高控制点之间的跨度进行控制；（2）本次测量中需要采用4条基线，同时对2条航线重叠位置需要布设4个控制点，为了确保测量精度，需要尽可能地减少各点位之间的范围，以确保测量的顺利进行。（四）空三测量。空中三角测量使用PixeGrid自动空中三角测量系统实施，在进行空中三角测量前，首先需要做好充分的准备工作，模型连接较差应该采用以下公式进行计算：

式中，△S为平面位置较差，m；△Z为高程较差，m；m像为像片比例尺分母；fk为航摄仪焦距，mm；b为像片基线长度。在对像控点平面精度进行控制时，应严格控制保证其与邻近基础控制点平面之间的误差，具体如表2所示。

在本工程的实际测量工作中，因为涉及一些居民房屋问题，导致测绘图像出现阴影，加之居民房屋隐蔽性较多，因此，为了确保最终的测绘精度，需要将平面误差精度以及高程误差精度放大。通常最终测量结果分析发现，无人机测绘技术可以显示出工程测区的空三加密精度，符合相关的规范标准。

6 结语

利用无人机代替人工完成測绘工作，具有效率快、精度高、全天候的优点。但是无人机测绘所得数据中，可能会包含一些失真的、畸变的或不完整的数据，需要利用专门的测绘数据处理技术进行优化处理。这样一来，才能为人们制定方案计划和开展实际工作提供必要的参考，充分发挥无人机在环境监测、国土测绘等领域的应用优势。

参考文献

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