无人机摄影测量技术在地籍测绘中的应用

罗才清，张凡锋

（江西有色地质勘查四队，江西 景德镇 333001）

无人机倾斜摄影测量技术的应用不但较好地解决了普通航摄精度不足的问题，而且实现了对地物顶部和侧立面的建模和纹理采集，在大范围三维建模方面表现出了卓越的能力。能够适应于小面积或大范围摄影测量作业，可获得实景三维模型、正射影像、数字高程模型和高精度大比例尺地形图等成果[1]。

1 无人机摄影测量在技术上的优势

1.1 影像分辨率更高

将无人机应用在低空地区的地籍图测绘工作中，能够充分将影像资料获取到的数据进行整合处理，而且该类处理工作不会对摄取工作产生不利的影响，还可以提高图像的分辨率更高。同时，利用无人机航拍摄影技术，使原本存在于地面的高层建筑对成像的获取并没有太大影响，可以大大减少负干扰因子。此外，通过无人机航拍摄影技术的运用，可以从不同角度拍摄建筑物的图案，扩大了该技术的应用范围。

1.2 更加简单的摄影操作

无人机摄影测量技术相较于其他的地籍测绘技术来说，不需要测量人员具备特别高的专业技术水平，因为无人机摄影系统具有容易操控的优点，因此只要熟练掌握操控的人群都可以从事这项工作。另外，在地籍测绘工作中使用无人机摄像技术相较于传统的人工地籍测绘而言，可以大大降低人工成本以及其他的一些工程支出。而且无人机设备以及系统维护一般具有完善的售后技术服务支持，不具有简单高效的特点。正是由于无人机操作简单、售后完善的特点，可以有效降低测绘人员的工作强度，避免了人为因素导致的测量问题。

1.3 具有更强灵活机动性

主要体现在3 个方面。①无人机内装有高精度数码摄像设备，可从垂直、倾斜2 个方向拍摄测量区域，且升降不需要在专业区域内实现。②无人机可在预设的飞机航线的基础上，实现自动分型。③可一次设置多个地形测量航拍点，全面采集航拍点的数据，并及时上传相应的地形情况，实现高效工作。

1.4 地籍测绘工作更安全

在使用无人机进行摄像测量过程中，直接由操作员在地面远程遥控，大大加强了测绘工作的安全系数。并且这项技术的使用方式非常灵活使用过程中，可以有效避免各种外界因素的影响，保证测量精度不会降低。在实际的操作过程中，不管是自然环境还是温度气候因素，都不会因此而出现测量结果误差过大的问题。在地籍测绘工作比较危险的山区或者高空作业，使用无人机摄影测量技术都能够大大方便测绘工作，可以出色地完成高质量测量任务[2]。

2 无人机应用于地形测量的可行性

无人机摄影技术在地形调查中被广泛使用，为了有效地提高区域调查的效率，必须充分发挥出无人机的优越性能。无人机的遥感系统在地形调查过程中有很多优点：

（1）使用高分辨率和多角度图像进行测量。无人机配备有具有倾斜和垂直照片技术水平的高精度数字成像设备。除垂直照片以外，还可以通过低高度飞行、多角度摄影获得多平面图像，有效解决高层建筑的阻塞问题。在这方面，卫星和遥感技术是无法比拟的。

（2）操纵灵活性。无人机具有很强的灵活性，而且起飞时间短、操作成本低、操作系统简单，因此能够有效提高无人机使用频率。与有人飞机相比，飞行中的无人飞机可以按照预先设定的路线完成飞行，飞行时比较稳定。一般来说，无人机可以运送5kg 的燃料，可以连续在空中飞行1600km，而且可以停留16h 以上。同时，由于无人机可以立即上传新的重点，因此可以避免飞机着陆后再次输入数据[3]。

（3）数据处理成本低。与载人航天飞机相比，一般巡航直升机的价格是无人机飞行平台和控制系统总价格的5 倍。而且，无人机的控制人员想取得飞行许可证非常简单，工作起来非常节约时间。无人机机身材料轻便，是高强度轻量碳纤维复合材料，维修起来非常方便。无人机图像处理装置也具有良好的兼容性，数据处理中的硬件结构不高，所以成本非常低。

3 无人机摄影测量技术在地籍测绘中的实际应用

无人机倾斜摄影测量在矿山测绘实际应用中，为提升数据精度与可靠性，往往要布设一定数量的地面控制点，通过将外业采集的航飞影像与地面控制点标定，进行空三加密处理，然后将生产的DOM（数字正射影像）与DEM（数字高程模型）进行内业制图与外业调绘修正，基本流程如下。

3.1 地面控制测量

地面控制测量主要依赖于像片控制测量，是提高无人机倾斜摄影测量精度的有效措施。像片控制测量中最重要的环节就是像控点的布设，像控点布设不合理，可显著的降低影像数据的质量。在后期数据处理过程中空中三角加密测量过程中，虽然像控点密度对空中三角加密测量有一定的影响，但空中三角加密测量质量与完全依赖于像控点的布设密度，而与测绘区域的地形地貌变化幅度等关系较为密切。因此，为了提高无人机倾斜摄影测量工作效率以及影像数据处理质量，一般在地形变化幅度小的区域（如平原地区等）可适当的降低像控点布设密度，而在地形变化幅度较大的区域（高山峡谷地貌）可适当增大像控点布设密度。总体上，像控点的布设应注意以下几点：①像控点一般布设在容易识别的地物地貌上，即所布设的像控点必须是唯一的，不存在争议的，一般布设在地形变化较小的山头、田角等部位；②位于测绘区域范围以外的像控点的目的在于控制测量整个测绘区域；对于位于图幅边部的像控点一般布设在图框轮廓线以外；③位于航线两侧的像控点，一般布设在左右偏离半径小于半条基线长度的范围内；④植被发育的区域以及建筑物密布区域不易作为像控点的布设位置，上述部位因遮挡问题导致测量难度增高，甚至无法获得准确的地理位置；⑤像控点布设位置应尽可能避开大面积水域或者大功率敷设区域；⑥像控点一般布设在交通条件好和便于保存的位置，以便于后期控制测量使用[4]。

3.2 摄影控制点测量与布置工作

需要确定好无人机拍摄固定点位的摄像控制点，并且需要使成像位置的地面位置足够慢。一方面，为了控制成像点，必须保证控制点周围运输系统的畅通，保证电磁点与强电磁辐射源之间的标准安全距离，保证无人机成像点与强磁源位置设置5°以上的重叠。另一方面，需要在某一地点的测试点周围安装适当的区域网以辅助拍摄，并在具体的导航区域和拍摄过程中准确有效地安装控制点，摄影控制点沿航向正向布置，相邻两个成像控制点之间需要保持200m 的间隔。如果设置了点，需将其设置于相对宽松的位置，并使用彩色绘制来显示点的特定位置。为了保证点的空间位置到特定位置的映射，需要借助网络RTK 对不同映射点提取的像素点进行反复测量，最终得到的土地映射参数值小于平均值。

3.3 对DLG 精确度进行优化

在地籍测绘工作中使用无人机摄影测量技术，首先要完成的工作是有效收集外业作业点，保证其具备相关的测绘特征。在进行地籍测绘期间，地籍测绘工作站内部应该积极引进此类外业点，然后使用立体模型对数据进行处理工作。这样可以有利于将地面物质与摄像点位两者之间存在内在的联系更好的展现出来，以方便测绘人员进行观测，为后续地籍测绘工程的进行测绘数值计算提高精确度打好基础，从而有效降低计算误差。完成这些工作之后就可以进行DLG 的无人机摄影测量工作，在测量过程中一定要将控制光标切准相应的误差，将误差的标准控制在8cm 以内，提升地籍测绘图像的定位精准度。

3.4 空中三角加密处理

一般来说矿山地形变化较大，植被发育差异明显。因此，造成无人机倾斜摄影过程中所获影像数据中不可避免的存在拍摄“漏洞”，即所获影像数据中存在一定数量的“留白”，该部位的摄影质量是无法达到1：1000 大比例尺地形图测量的基本要求。此时，需要对影像数据进行空中三角加密处理，利用航拍过程中无人机搭载的定位系统自动存储的POS 数据中包含的方位元素对遮挡区域进行预测，可以有效的密布因遮挡等造成影像数据中的“留白”问题，显著的提高影像数据的精度。在完成空中三角加密处理后，可以获得测绘区域的加密校正成果等产品，可进一步生成DOM、DEM、DSM 等产品。

3.5 三维测图

利用实景三维测图软件DP-Modeler 完成地形图测绘，倾斜摄影三维模型实现所见即所得的观测，采集过程中无需佩戴立体眼镜，直接对地物特征轮廓、点状地物进行矢量测绘，在真三维环境中完成屋檐改正、楼层判读、部件等地物要素和地形要素采集。对于小部分遮挡及未能确认属性等内容进行了外业调绘和补测[5]。

4 结语

综上所述，精度是地形测绘图的灵魂，无论采用哪种设备、哪种测量方式进行地形测绘，都要将精度作为第一关注点。无人机航空摄影测量是先进的测绘方式，本身就具有很好的可靠性，主要包括像控点布设、空三测量、数字化测绘、外业补测等多个应用流程，同时也包括不同测量误差，有些误差可通过一定的数理公式进行纠正，有些误差则需要依靠测绘人员的谨慎操作进行控制。具体施工过程中，测绘人员要合理、正确应用无人机航空摄影测量技术，并科学纠正误差，严格谨慎操作，以此来提高地形测绘图的精度。