探析无人机航空测绘技术在地形测绘中的应用

程少强

（福建省闽西地质大队厦门闽矿测绘院，福建厦门 361000）

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，工程建设前的地形测绘工作越来越重要，但是，恶劣的气候及地形环境，给测绘工作带来了一定的困难。地形测绘工作不但要求具有高精度，还要求更高的测绘效率，以满足不同的气候、地形环境下的作业。无人机航空测绘技术作为新兴技术，在地形测绘工作中被大力推广和使用，并不断被完善，尤其在高海拔地区，无人机航空测绘技术可以高效精确地从不同角度采集地形图像，获取测绘工作所需的信息数据。但无人机航空测绘技术在地形测绘中的应用还存在一些问题，因此，分析无人机航空测绘技术的特点，解决其在地形测绘中遇到的难题，对工程建设具有很重要的意义[1]。

1 无人机航空测绘技术的概念和优势

1.1 概念

无人机航空测绘技术（图1）是一种新型的地形测绘技术，该技术主要以无人机作为飞行平台，以先进设备作为传感器，运用3S技术（地理信息系统、遥感技术、全球定位系统）对测绘数据信息进行收集，从而有效测绘地形。与传统地形测绘技术相比，无人机航空测绘技术的应用有灵活性高、成本低、效率高等优势，可以更好地满足现代地形测绘的实际要求。

图1 无人机航空测绘技术

1.2 优势

无人机航空测绘技术的优势包括：①测绘效率高。运用无人机航空测绘技术可以明显提升地形测绘的效率，有效处理地形测绘中遇到的相关问题，进而提升测绘水平。②兼容性良好。在地形测绘工作中，单一的遥感技术无法确保测绘数据的准确性，而无人机航空测绘技术能够实现对多种技术的有效协同，确保相关测绘工作的高效、高质完成。③监测范围大。通过无人机航空测绘技术，可以实施小规模测绘，显著提升测绘效果。同时，在现代科学技术迅速发展的背景下，无人机航空测绘技术水平也得到了显著提升，监测范围不断扩大。在测绘工程中能够针对不同范围开展精准测绘，还能实现三维立体测绘，从而显著提升测绘数据的直观性[2]。

2 无人机航空测绘技术的特点

无人机可以重复使用，可以携带电子设备，在不同条件下完成各种飞行、拍摄等任务。无人机航空测绘技术就是利用无人机搭载航空设备，通过操控无人机，从不同的角度和距离，对实景地形进行拍摄、取像、信息收集的新型测绘技术。无人机航空测绘技术是集合无人驾驶、遥感传感、遥测遥控、卫星通信、全球定位、航空飞行等技术，从而对地形地貌、自然环境等进行影像信息资料收集。该技术具有以下特点。

2.1 灵活性高

无人机航空测绘技术与早期的航拍测绘技术相比，具有较高的灵活性。首先，无人机体积较小、重量较轻，易于操控，而且飞行速度也不慢；其次，无人机对飞行条件的要求较低，不需要专门的跑道、塔台等设施，可以在任何地形直接起飞执行任务；最后，无人机可在任何恶劣环境下进行测绘工作，无人机在执行作业时，地形地貌和自然环境对无人机的影响较小，即使在雨雪、雾霾等恶劣天气中，无人机也能高效精准地执行测绘任务。

2.2 测绘效率高

在执行测绘工作的过程中，监测效率是一项重要的任务，如果在执行作业的过程中发生突发情况，导致监测效率低下，会给测绘作业带来巨大的经济损失，延误工程进度。而无人机航空测绘技术有很高的监测效率，工作人员通过该技术实时反馈的数据信息，及时调整测绘方式，高效、准确、快速地处理突发事件，从而减少不必要的损失。

2.3 监测范围大

无人机航空测绘技术在监测范围上有很大的伸缩性，在执行作业时，可根据实际需求调整无人机的飞行高度，调节监测范围。与早期测绘技术相比，无人机航空测绘技术的监测范围得到进一步扩大，而且可以精确地完成监测任务（图2）。

图2 大比例测量

2.4 信息处理速度快

利用无人机航空测绘技术采集所需要的测绘影像数据后，会及时将数据传输到信息处理系统，然后信息处理系统会对数据进行计算分析，极大地加快了信息处理速度，提升整体测绘的工作效率。与卫星

信息处理相比，无人机航空测绘技术可以实现超低空飞行作业，获取高分辨率影像资料和高度差、水平差等精确数据，为工作人员提供精确的数据，有效保障测绘工作的质量。

3 无人机航空测绘技术的使用流程

3.1 前期准备阶段

使用无人机航空测绘技术绘制地形图之前需要进行准备工作。首先，观察所测区域的气候环境及地形地质情况，并对周围环境进行勘查，根据这些资料选择合适的无人机机型，再对无人机的飞行航线进行规划。其次，在对测绘区域进行勘测时需要有专业知识丰富的专家同行，派遣经验丰富且技术纯熟的无人机操控人员进行测绘，并确定航摄测绘区域的基准面情况，分析无人机航空测绘过程中的复杂情况和困难程度，对航摄区域的坐标范围进行核查，以此保证无人机顺利作业。最后，根据数据结果确定无人机的起飞及降落区域，同时在前期准备阶段还需要对无人机的硬件设备进行检查，主要包括监控设备、传感器、遥感设备等。此外，还需要检查硬件设备数据采集、分析、管理及检索功能，保证不会因为设备原因影响测绘效果[3]。

3.2 外业实施阶段

无人机航空测绘技术测绘地形图需要进行外业测绘，其中主要包括制定无人机的航摄飞行方案和像控点布置方案。除此之外，还需要对无人机的飞行稳定性和飞行质量进行检测，同时测绘像控点及外业的调绘内容。

目前，利用GPS测绘像控点的方式主要有3种，分别为GPS-RTK测绘、静态测绘、快速静态测绘。在选择GPS测绘像控点时需要使像控点与无人机拍摄的影像位置重合，像控点的位置要有利于外业测绘。在大多数的条件下，像控点通常选择在具有明显标志的地角位置处。

3.3 内业实施阶段

内业实施阶段是对测绘结果进行信息处理的阶段，包括对空三的加密工作，以此减少畸变差带来的影响，同时还需要对相同控制点进行匹配。在应用无人机航空测绘技术测绘地形图的过程中，需要利用GPS数据建立航带内和各个航带之间的联系，利用POS数据及航带内与各个航带之间的关系获取连接点，最后，利用大量的平差点减少粗差点（图3）。

图3 信息处理流程

4 无人机航空测绘技术的应用

4.1 加快信息处理速度

随着科学技术的迅速发展，无人机航空测绘技术水平得到了显著提升，同时相关技术也在不断发展。运用无人机航空测绘技术进行地形测绘，获取相关数据信息，能够及时传递给相关部门，使技术人员能够及时有效处理这些数据信息。与传统卫星处理技术相比，无人机航空测绘技术在图像分辨率等方面具备十分明显的优势，清晰度高，可以提升监测数据的准确性，高质量地完成测绘工程。

4.2 布设控制点

可以采用全场布设和非全场布设的方式对无人机航空测绘技术控制点进行布设。其中，全场布设方式精度较高，但是工作量较大，而非全场布设具有更高的工作效率，可以满足相关精度要求，在实际应用更加广泛。布设控制点时可以运用无人机航空测绘技术中重叠位置开展布设工作。在具体操作时，边缘位置的影像部位经常会出现数据失真。因此，选取边缘位置时需要重视对标记环节的有效处理。

4.3 采集、整理影像数据

在地形测绘工程中，采集以及整理影像数据是其中的重要内容，需要提前做好准备。首先，要确保无人机指南系统具备一定的精度，重视对无人机SD卡的安装和检查，整理与保存相关数据，确保其功能正常；其次，要保证无线信号可以收放自如，需要检查无人机的接收信号功能；最后，通过Altizure软件对无人机航线或测绘区域位置进行设定。

4.4 空三加密测绘

在对控制点进行有效布设的基础上，以航测计划为依据，采集测图区域航拍图像的相关数据，并依照所设计的航路方向、侧向重叠、航线重叠落实飞行任务。在实际的数据采集中，因为地形的明显变化、植被的遮挡等，使得部分测绘区域的影响数据无法有效采集，这样就会在影像数据中“留白”，严重影响测绘的精度。为了有效解决上述问题，就需要实施空三加密测绘，即以航拍影像数据中的方位元素为依据，开展准确预算，然后制定消除干扰因素的方法，有效提升测绘精度[4]。

4.5 绘制地形图

绘制地形图是地形测绘工程中的最后一步，在获得数据后将其输入ArcGIS软件。在ArcGIS软件中，可以对树林、桥梁等进行分层建模。同时还可以通过对摄影测绘进行矢量化处理后得到地形的主要特征，然后依照ArcGIS软件中所得到的数据，对比地貌特征，从而得到更准确的图形。需要注意的是，在对获取区域地形、地貌的高程数据时，要将DSM软件中数据与实际地貌测绘的高程数据有机结合，同时将两者输入ArcGIS软件进行计算，从而生成有效的CAD（图4）。

图4 地形图绘制

5 结语

在地形测绘工程中，无人机航空测绘技术的应用有着十分显著的优势，可以为测绘工作的高质、高效、顺利开展提供有效帮助。所以为了促进地形测绘事业的良好、健康发展，相关工作人员需要在充分了解无人机航空测绘技术优势充分了解的基础上，增强自身的实践操作能力，掌握相关原理，保证无人机航空测绘技术的有效应用。这样不仅可以提升测绘效果和质量，还能够保证相关数据信息的准确性，从而为地形测绘事业的健康、长远发展奠定良好基础。