无人机航测技术在工程测量中的应用分析

文／高一民 太原市测绘研究院 山西太原 030002

引言：

传统工程测量工作主要以人工为主，测量范围较为狭窄，测量精准度极容易受到设备因素、管理因素、人员操作水平等因素影响。通过将无人机航测技术应用在工程测量环节，可充分发挥出无人机灵活机动优势，对所需测量部位空间数据展开全面采集与量测，为后续工程测量工作的高质高效开展提供重要理论依据。

1、概述无人机航测技术

1.1 无人机航测技术概念

无人机航测技术主要就是在传统航空摄影测量工作基础上，配合使用无人机设施，辅助开展工程测量工作的重要方式。相较于传统航测技术而言，无人机航测技术具有机动灵活、高效精准、适用范围广、运行成本低等优势。可以在小区域及较为困难的飞行区域内快速获取高分辨率影像。随现阶段无人机及数码相机技术发展速度逐渐加快，无人机及航空摄影测量组合而成的无人机数字低空遥感技术被更加广泛地应用在工程测量、灾害应急与处理，资源开发等过程中，实际应用前景更为广阔。

1.2 无人机航测技术应用特征

（1）灵活性强。借助无人机开展航测工作，可以使测量工作的灵活性更强，适用于多类型的起降场所。因无人机以及摄像机的重量较小，更加便于运输携带，有效节省了摄影测量工作成本。无人机测量工作多开展于低空环境下，不易受到环境因素干扰。在起降过程中仅需要小块平整地面即可，不必设置专用机场，降低配置难度不高，灵活性更强。

（2）运行效率强。无人机航测结果能够直接用于生产实景三维模型的构建、1:500测图等环节中，实际工作效率比传统摄影测量工作效率高出数倍或数10倍。同时，航测方式还能够有效突破地点、时间的限制，使航测结果更为全面精准。随着无人机技术日渐成熟，续航时间短的问题也有所改善，从根本上提升了测量工作的连贯性，使工程测量效率得到改善。

（3）测量精准度高。无人机航测环节中的摄像机分辨率、相控点布置情况对后续构建三维模型与测量成图效果具有直接影响。如相机分辨率＞1.5cm、相控点精度＜2cm，相位点精度可达95%以上。

（4）测量限制少。原有数字测量工作主要使用全站仪，在测量时会受地区限制影响，测量工作开展难度进一步提升，所获得的图像存在较大误差，精准度难以得到有效把控。借助无人机航测手段，可满足多种地形的测量工作，被应用在复杂地形条件测量工作中，从根本上提升测量水平。

（5）运行成本低。从设备角度分析，在相同测量任务下，无人机的体积更小，造价远低于传统航空测量工作。获取测量数据信息的时效性更强，可在短时间内完成测量任务。由于无人机航测工作能够直接摆脱环境空间限制，不必工作人员直接参与。无人机自身可控性较强，对促进无人机航测发展，控制工程测量成本具有重要意义。

1.3 无人机航测技术应用要求

无人机航测技术是现代最为重要的数据采集手段，为工程地形要素采集工作提供了更多可能，使工程测量数据精准度大幅度提升。现阶段不同地形条件对无人机航测技术运行精准度的要求不同。为从根本上发挥出无人机航测技术，在保障工程测量效果中的应用重要性，相关部门需要对无人机系统启动前进行全面检查，确保无人机处于安全可靠运行状态。对无人机上摄影设施展开检查，查看影像图形效果。分析无人机航测技术应用期间的周边环境，为无人机运行提供更加广阔的空间。要求在无人机航测技术应用时还需要严格遵循航测工作流程，进一步保障性测结果的精准度。

2、无人机航测技术应用现状

现阶段无人机技术发展速度不断加快，涵盖范围日渐扩大。我国无人机研发也取得了重大成就，成为无人机产品重要出口国。无人机具备较强适用性，能够参与到各领域生产经营建设过程中，对推动行业技术更新意义重大。在无人机持续改进过程中，低空遥感技术也取得重大突破。将低空遥感技术与无人机技术组合在一起，能够在200～2500m范围内保障高精度摄影，避免获得的影像受到云层影响，实现阴天测量目标。在无人飞行机具体操作过程中，无人机搭载的航空数码相机能够借助控制模块，对无人机进行远程操控。现阶段航测飞行器可实现自主导航目标，通过使用GPS系统，采集并整理行测数据，同步开展飞行控制工作。在常规测量工程中，测量工作主要依靠人工开展，而无人机航测技术能够替代人工行测手段，增强整体测绘效率，突破工程测量中的时间及空间限制。来看，在无人机航测工作开展过程中，还会受到诸多因素影响而出现各类问题。

（1）无人机航测工作会受到航飞空域影响。如果依照具有流程申请空域，审批时间较长，导致无人机航测工作的灵活性及便捷性，难以被充分发挥出来。

（2）无人机倾斜摄影设备会受天气因素影响。如下雨、下雪、雾霾天气下，空气中的能见率较低，不仅会导致航设能见度下降，还会引发无人机故障问题。

（3）无人机航测会受到测量区域植被生长情况的影响。由于较高植被会遮挡住构筑物或测量地点的地形地貌特征，还需要在航测工作开展基础上配合使用外业调绘、补测工作。

3、无人机航测技术在工程测量工作中的具体应用方向

3.1 在水利工程中的应用

为高质高效获取测量数据，满足工程设计施工要求，需着重使用无人机航测技术。在实际测量工作开展前，应规划无人机测量航线，结合工程实际施工及建设需求，选择适宜的无人机控制点位，避免由于地形条件较为复杂，导致测量精准度受不利影响。在航线规划时需要预先设定快射方向以及飞行轨迹。因航测画面清晰度、数据精准度经常会受到各类因素影响，还应开展精密规划工作，增强无人机运行效果。

无人机航测工作开展时，内部无人机设备会配备专业芯片，在芯片中录入航线数据，简化航测操作流程，降低无人机操作难度。工程测量工作完成后，需要将测量数据进行整理，进一步增强数据坐标系选择期间的合理性。

3.2 在水污染治理工程中的应用

当前水环境污染情况日渐加重，引发了诸多生态危害。在水污染检测工作开展时，需要设置适宜检测地点，观测蓝藻等污染物分布与生长情况，从根本上增强测量工作的可靠度。无人机航测技术的应用可以将蓝藻测量数据实时传输给环境保护部门，为工作人员提供更加清晰的图像。

在水污染治理工程实施过程中，数据的获取不能仅依靠无人机航测技术，还需要配合使用人工检测技术手段，增强测量数据精准度。

无人机航测摄像装置选择时，多使用变焦镜头，做好定焦工作，合理控制焦距与畸变之间的关系，使航测精准度与预期目标相符。

3.3 在环境治理工程中的应用

受复杂气候因素影响，传统测量方式难以保障测量工作的实施精准度，导致环境监测工作开展效果与预期目标存在一定差距。借助无人机行测技术手段，能够有效减轻外界不利因素对工程实施质量造成的不利影响，从而获得更加全面精准的生态环境数据、具体来说，通过充分发挥出无人机航测技术高效、精准功能，获得更加全面的水生植被特征数据，利用可见光波提取法实现行测目标。

无人机航测技术还能够应用在快速成图中，在紧急环境测绘工作开展时使用无人机航测方式，尽快搜索测区环境数据以及影像数据，而后将数据接入到服务器内，完成数据分析工作。

3.4 在矿山工程测量中的应用

矿产资源在我国经济建设中也占据了重要地位，应将无人机航测技术应用在矿山工程测量工作中。具体来说，无人机测量能够用于获取矿山周边环境破坏情况，及时发现存在于矿山环节的乱挖现象，避免对生态环境造成破坏。

4、无人机航测技术在工程测量中的实际应用重点

现阶段无人机技术被应用在工程测量工作中，测量工作所得信息的准确性与时效性能够得到根本上的保障。在无人机航测技术应用期间，主要包括计算机技术、通信技术、数码摄像技术等，进一步扩大了无人机航空摄影覆盖面。同时，无人机航空摄影技术能够更好地被应用在复杂条件下的工程测量工作中，为设计人员提供更加直观的建筑工程周边构筑物分布形式，从根本上提高工程设计与规划水平意义重大。

在无人机航测技术开展前，需要全面调查航测区域内地形地貌、面积、自然环境等特征，结合实际航测情况设计航线，明确与航线有关的数量、方向的信息，确保获得的数据更加精准合理。做好被监测区域的数据收集工作，获取更全面的DEM、DOM等数值，根据具体情况对被测量区域进行合理划分。确保航线覆盖到测量的所有区域，使最终测量结果更为全面。确定基础数据与设备录入情况，如航摄期间的焦距值、像素大小、巡航速度等数值均处于合理范围之内。

在像控点布设过程中，可以采用合理的平面像控点布设手段，对测量区域网络进行全面布设。在像控点布置过程中，平面点必须设定为平高控制点。根据实际测量条件、航拍条件以及数据精准度要求，选择适宜的像控点位置。如在无人机航拍期间配合使用四条基线以及两条航线，将航线设置为一对平高点，要求在航拍边缘以及航线重叠区域设置控制点。像控点设置过程中，还需要将控制点尽量设置在中间位置，使获得的航测结果更加精准。

无人机定点测量工作，就是对整个航测工程展开合理规划，将工程依照不同要求划分为多个区域，如高空区、低空区等。为保障测量结果精准可行，应对不同地点展开定点测量，如每百米设置一个检测点。无人机图像测量工作可获得更多影像数据，大部分数据可被应用在应急测绘中。在航飞后以及相控测量工作开展时，还需要确保区域内图像分布均匀。获得影像数据后，应对测图质量进行全面检查，根据图像内容获得POS数据，快速拼接到测区影像中。

重点关注无人机航测后的数据处理工作。对于无人机航测数据处理，应根据航拍不同位置调整航拍飞行倾斜角度，对航拍数据展开调整。结合不同地形条件确定区域内定点及控点位置，核实工程内具体坐标以及数据，避免数据精准度对数据结算结果造成不利影响。对测量出的数据进行汇总处理，确定各坐标比例尺，核实比例尺精准度，然后将获得的数据与具体坐标数据共同绘制出测量分布图，完成工程数据的精准测量工作。

不同作业场所下无人机航测技术的应用重点也存在较大差异，需要相关工作人员充分发挥出无人机航空技术在实际应用期间的优势，结合实际工作要求制定无人机航测技术方案。例如在低空作业期间，基础航测工作会受到地形及天气等因素影响而导致测量结果不精准，由于工作地形情况复杂，航拍起落受到限制。如果自然环境较差或者云层较低，会有一定程度影响到航拍视线，导致测绘工作质量下降。无人机航拍过程中可实时跟踪工作人员动向，工作人员也可以远程操控无人机。在测量区域较小的位置，应用三角测量方法，精准计算出向外方位元素。

在密闭空间中应用无人机航测技术，也可进一步增强实际测量效果。由于密闭空间内存在较多危险因素，需要在航测过程中由工作人员配合使用计算机及检验转换软件，高度转化航空图像，进一步增强测图的精准性。配合使用摇杆技术手段，有效采集地理信息数据，推动城市化建设进程，

传统地质灾害调查工作开展期间，部分偏远山区或复杂地质条件下的信息采集难度较大，难以帮助各部门正确了解到灾害实际情况。而在地质灾害调查中使用无人机航测技术，可以对不同地区自然灾害发生暂态及发生后实际情况进行多方位跟踪调查，为工作人员提供更加全面真实的灾害数据，减少实际工程测绘工作中的损失量，为保障社会及大众核心利益奠定坚实技术基础。

5、无人机航测技术在工程测量中的应用案例

5.1 工程概况

论文以某建筑工程为例，该建筑工作位于太原地区，地理环境与气候条件较为良好。但由于现场天气变化较大，需要合理控制航飞时机，确定合理的起飞地点与起飞时间。在航线规划与测区划分期间，应当注意风速控制，使无人机始终保持在安全区域内。划定不同测区，针对不同测区要求设置合理的测量精度。

由于建筑工程施工周期较为紧张，因此在像控点布设期间，可选用400m正方形网格布设手段，角点处周围作为像控点的采集区域。在测区外部增加适当的像控点。像控点最近的控制点平面位置误差不得大于0.2m，高程误差值也不得大于0.2m。对采集到的影像数据进行预处理，针对相片边缘存在的光学畸变情况，需要对畸变差进行改正后在可以开展空三加密工作。

5.2 无人机航测流程

5.2.1 无人机航测外部处理技术

无人机航测外部技术内部包括工程控制点、策划航测路线等方式。在工程测量过程中，仅使用人工测量手段难以满足工程建设具体要求，因此可以将无人机空中识别技术应用在工程控制点建立中。要求每260m建设一个控制点，控制点的数量应当参考工程建设规模。在规划无人机行测路线时，应当结合项目规格及地形条件，对无人机侦查线路进行科学规划。将计划空气检查线路输入到无人机飞行控制系统内，确保无人机空气检查数据全面精准。

5.2.2 无人机航测低空作业

传统航测低空作业，测绘结果经常会受到地形条件或环境因素影响出现偏差。如地形复杂，航空拍摄期间会受不同程度限制。航拍如果遇到较低云层，还会受到云层因素影响，导致航拍质量进一步下降。借助无人机航测低空作业，对启动外部环境没有特殊要求，受地形条件的影响也较小，不需要工作人员全程跟踪，进一步节省了航测工作实施时的人力资源与物力资源。

5.2.3 数据采集及图像获取

在无人机数据采集过程中，需要做好数据手动采集与自动加密工作。其中，手动采集主要就是工作人员借助计算机操控手段选择性采集数据，数据应当具备一定的及时性、准确性及精准度。在自动加密过程中，航拍图像及数据采集需要自动存储在处理器内，设置密码，规范数据使用权限。

飞行过程中，无人机会受到风向等因素影响而出现影像旋片角度过大、图像无法对应等问题，因此还应当合理规划飞行环境、飞行线路与飞行平台，结合飞机测量特征，选择空中三角测量技术实施定点测量，避免在无人机行测时出现数据偏差问题。

匹配航测数据，提取数据内部测试连接点，判断数据是否处于均匀分布状态，进一步增强航拍画面清晰度，避免错误拍摄问题出现。

5.2.4 无人机航测内部处理

无人机航测内部处理主要就是开展数据准备与数据结算工作。其中，数据准备需要指导航测数据，调整无人机整体航向与偏旁角度。借助无人机航测数据以及控制点位置确定工程所在位置。数据结算工作主要就是在新建工程中导出无人机航测数据，并在此基础上绘制出工程坐标图，确保坐标图内部细节、参数数据与工程实际施工情况相符。

5.3 无人机航测管控要点

为充分发挥出无人机航测技术在建筑工程测量中的应用重要性，管理部门还需制定出更为完善的质量监管体系，优化工程测量程序，将工程测量管理工作与施工管理工作有机结合在一起，对测量信息进行充分收集与处理，借助测量信息状态，找寻出工程施工期间可能存在的各类问题，制定专项可行解决对策。

同时，在使用无人机测量技术期间，管理人员还需结合建筑工程具体建设要求，制定更加可靠的测量流程，最大限度避免环境因素，对测量结果造成的不利影响。着重关注无人机的日常运维工作，避免无人机设施故障对测量结果精准度造成不利影响。在测量设备更换后还需要具体调整测量方式，确保建筑工程测量工作能够始终处于规范有序地开展范围之内。

结语：

总而言之，无人机航测技术现阶段应用范围不断扩大，实际应用效果更为显著。由于无人机航测具备较高的测量精准度及操作灵活性，能够更加适用于不同工程测量与后续图纸绘制环节。但就目前来看，无人机航测技术在应用期间依然会受到环境因素、管理因素的影响，还需要结合工程测量工作具体要求，制定出无人机航测技术应用管控机制，确保无人机航测技术能够在从根本上提升工程测量精准度，保障工程测量工作高质高效开展中发挥出重要作用。