无人机航摄在工程测量测绘中的应用

陈银福

摘要：在现代工程建设领域高速发展的背景下，工程建设水平全面提升，各项施工技术得以创新。尤其是在测绘技术方面，多项新型测绘技术开始应用，其中无人机航摄技术具有良好的应用效果。无人机航摄技术以无人机为载体，装配有高清摄影设备，可以获取更多的测量测绘信息，从而为工程建设提供支持，有效推动工程建设水平提升。因此，将对无人机航摄在工程测量测绘中的应用方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，希望可以对相关工程有所帮助。

关键词：无人机航摄；工程测量；测绘技术；技术优势；具体应用

一、前言

在现代工程测量领域中，对于测绘技术的要求不断提高。传统测量测绘技术效率较低，且测绘结果准确性无法得到保障，已经难以满足工程测绘需求，所以需要加强对传统测绘技术的创新，在此背景下无人机航摄技术得到广泛的应用。相比于传统测绘技术而言，无人机航测技术可以实现高空测量，所搭载的高清摄影设备可以获取清晰的图像，从而获取更多工程需要的测绘信息，为工程建设方案设计提供基础数据，对于工程建设行业具有重要的意义。所以，如何掌握无人机航测技术的应用要点是重中之重。

二、无人机航摄测量技术的基本概念

无人机航摄测量技术是指利用无人机进行航空摄影，在摄影过程中掌握摄影器材的镜头焦距、畸变、相机姿态等信息，从而根据这些信息进行空间重建，获取精确的地理空间信息，从而达到航摄测量的目的。无人机航摄测量技术是现代测量技术的一种创新和发展，具有良好的应用前景。无人机航摄测量技术的基本原理是利用相机的几何模型和数学模型，将空间物体的三维坐标与其在数码图像或胶片上所对应的像点之间建立几何关系，进而推算出物体在空间中的具体位置、形状、大小等情况。无人机航摄测量技术的基本组成部分为飞行平台、载荷、地面站和数据处理系统，其中飞行平台是由无人机飞行器、遥控器和电子设备等组成，其主要负责进行摄影、采集数据。载荷是指航摄摄影机、GNSS等测量传感器，负责实现空中摄影和数据采集；地面站是指调度、控制和管理无人机的设备和操作人员，负责管理和调度飞行任务；数据处理系统是指将采集的数据通过计算机进行处理，得到所需的摄影测量数据和地理信息[1]。无人机航摄测量技术的基本流程是：预处理、航线规划、飞行航迹控制、摄影测量、数据处理、产品输出等。预处理包括对地物信息的分析和预判；航线规划是根据预处理结果规划无人机航线；飞行航迹控制是指控制无人机在预规划的航线上进行飞行；摄影测量是指将无人机采集到的图像进行处理，得到地理空间信息；数据处理是指利用计算机对采集到的数据进行处理，输出所需的相关测绘数据。

三、无人机航摄测量技术在工程测绘中的应用优势分析

将无人机航摄技术应用在工程测绘中，具有多项技术优势，能够有效促进测绘效率提升，其基本优势如表1所示。

根据表1相关内容可以看出，无人机航摄测量技术在工程测绘中的应用具有多项优势，其具体优势为：1.提升测量精度。通过地面测量和激光雷达等常规测量方法所获取的数据，坐标点的数量相对较少，且精度也难以达到无人机航摄测量技术所获得的数据精度。无人机航摄测量技术所获取的数据精度高，重叠区域大，三维模型的生成效果更好，即使是细节部分也可以进行测量和分析，无需再进行复杂的场地勘测工作[2]。2.提升測量效率。传统测量方法需要大量的人力、物力和时间的投入，在工期和人工成本上浪费很大，尤其在大面积和高难度场地中，传统测量方法的效率和安全性无法保证。而无人机航摄测量技术，通过自主飞行、高速拍照等方式达到快速测量的效果。可以在较短时间内实现对大面积复杂场地、建筑物以及细节部分的测量工作，提高了工作效率。3.降低测量成本。传统测量方法往往需要较多的人力、物力投入，同时也有较高的出差费用等不可控费用，在这些方面的投入不仅增加了工期，降低了工作效率，更增加了项目成本。无人机航摄测量技术，可以最大限度减少人力和物力的投入，降低工程测量的成本[3]。4.灵活性较好。无人机航摄测量技术具有灵活性，可以根据需要快速调整航拍高度、拍摄时间和视角等参数来适应复杂的环境。可以根据实际需求进行多维度的测量和分析，生成符合实际的三维模型、影像等数据，能够更准确地反映实际地形、建筑物、交通情况等。5.适用范围较广。无人机航摄测量技术可以广泛应用于建筑、桥梁、道路、水利和资源环境等领域，可以满足工程测绘领域内各类测量需求。无人机航摄测量技术相较于其他测量方式，可扩大测量范围，提高测量效率，测量的结果更加准确，可作为测量工程的首选技术之一。

四、无人机航摄在工程测量测绘中的具体应用

基于上文的分析可以明确，无人机航摄是一项先进的测绘技术，可以有效提升工程测绘效率与精度，且适合在多种不同工程测绘中应用，基本不会受到环境条件的限制，还能够降低测绘成本，提升工程经济效益，所以需要掌握无人机航摄技术的应用要点，明确具体应用方式，按照工程测绘的实际需求，采用科学的应用方法，将其技术优势全面发挥。因此，本文结合相关实践经验，总结如下多项科学有效的无人机航摄技术具体应用方式。

（一）无人机航摄的应用设计

在采用无人机航摄技术进行测量时，需要做好前期设计工作，为后续测量工作奠定基础。无人机航摄测量技术是一种高精度、高效率的测量方式，其在不同项目中的应用也有所不同。在进行前期设计时，需要明确项目的实际需求，根据需求来确定测量参数。比如在对桥梁工程进行测绘时，需要考虑桥梁的长度、宽度、高度等参数，同时还需要确定摄像机的安装位置和拍摄角度，以确保测量数据的准确性和可靠性。在测绘工作开展前，需要结合工程项目实际情况，制定科学的飞行计划，飞行计划需要考虑无人机的飞行高度、速度、路线和拍摄方式等因素，在进行飞行计划的制定时，需要充分考虑飞行区域的地形地貌和飞行环境的条件，以保证飞行的安全性和数据的可用性；摄像机是无人机航摄测量技术的核心部分，对测量数据的准确性和精度有着至关重要的影响。针对不同的项目需求，需要选择合适的摄像机，并进行相应的配置，比如对于要求更高精度的项目，可选择更高像素的相机，并进行更精细的配置，如调整曝光时间、光圈和白平衡等参数，以达到更高的测量精度；地面控制点是无人机航摄测量的重要环节，其设置和布设的合理性直接影响测量数据的精度和准确性，在进行前期设计时，需要根据项目需求和地形地貌来确定控制点的数量和分布位置，以确保测量数据的准确性和可靠性[4]。

（二）测量区域控制网的设置

控制网是指在实地测量中通过测量方法和联合加密操作，获取一组空间高精度坐标的点集，并按照设定要求相互挂接、确定各点在空间中的位置关系的水平基准框架，为综合测量提供完整且统一的坐标系统，能够为无人机航摄提供高精度的坐标基准，保证后续数据的精度。首先，在控制点的选择方面，控制点是控制网的核心，对其选择的质量和数量要求比较高，控制点需要根据无人机航摄的规划和具体测区的特点，合理地选择不同类型的控制点，通常包括经纬仪控制点、高程控制点、植被控制点等控制点。控制点需要根据实际情况进行调整，并应注意分布密度；其次，在控制网布设过程中，控制点之间的联系通过具体测量方法和技术实现，在该过程中，需要尽可能地减少各种误差，使每个控制点的精度能够得到有效保障，且为方便后期处理，应采用真正的无偏测量、确保各点之间的垂直精度与水平精度。在无人机航摄中，控制点与许多要素有关，如相机内部的调整、地面或背景的遮挡等，需要考虑这些因素，合理安排控制点与测区的联系，通常情况下对于测量区较小的控制点，可以适当增加控制密度，以此来提高空间位置的精度；最后，在控制点的验证方面，在测量结束后，需要在控制点上进行数据验证，以检查测量精度是否符合要求，如果控制点数据受到人为干扰，或者由于保持方式不当、控制点资料缺失等原因导致数据精度受损，测量精度也将受到影响，所以在进行数据验证时，需要做好准备，避免出现数据失真等问题[5]。

（三）无人机航空飞行路线设计

首先，在项目前期准备中，在设计无人机航空飞行路线之前，需要明确项目的测量目标和要求。根据工程项目的特点和测量需求，确定无人机飞行的区域范围、测量精度要求以及需要获取的数据类型，包括数字高程模型、正射影像等。在飞行路线设计过程中，需要对项目区域内的空中障碍物进行分析和评估，通过获取相关地理数据和航空图像，识别并标注出建筑物、树木、电线杆等障碍物的位置和高度信息，以避免无人机飞行过程中的碰撞风险；其次，在飞行路线设计中，根据测量区域的形状和大小，设计合理的飞行航线，常用的飞行航线规划方法包括正方形航线、螺旋状航线、网格状航线等，航线的设置应尽量覆盖整个测量区域，并考虑到航线之间的重叠度，以获取更高的数据精度和完整性。根据测量需求和无人机的性能特点，确定适宜的飞行高度和速度，飞行高度的选择应考虑到地物特征和测量精度要求，充分捕捉细节信息，控制飞行速度可以保证数据采集的稳定性和一致性。在飞行路线设计中，航拍间隔的设置直接影响获取的图像数据质量和后期处理的效果，根据测量精度要求和无人机的相机参数，合理设置航拍间隔，确保相邻图像之间有足够的重叠度，以便进行后续的图像拼接和三维重建；最后，在无人机航空飞行路线设计中，必须保障飞行安全，在设计飞行航线时，需要综合考虑飞行高度、障碍物位置、飞行限制区域等因素，确保飞行过程中的安全性，同时需遵守相关的航空法规和无人机飞行规范，保证飞行操作的合法性和规范性。飞行路线设计完成后，无人机可以按照预定的航线进行自动飞行，采集测量区域的图像数据。采集完成后，需要对获取的数据进行处理，包括图像拼接、地物提取、数字模型生成等步骤，以获取所需的测量结果和产品。

（四）测量区域场外控制点的设置与运行

控制点是进行无人机航摄测量的基础性工作之一，而无人机航摄测量只有设置确定的控制点才能达到有效的测量效果。控制点一般采用全站仪或GPS测量仪进行设置，并通过后续的处理来获得高精度的坐标信息，在进行场外控制点设置前，需要首先确定测量区域的范围和关键地点，根据测量区域的实际情况，选择合适的控制点布设策略，控制点数量必须达到要求，确保后续数据处理的可靠性和精度，同时控制点数量要控制在合理的范围内，防止增加测绘成本；控制点布设应考虑到光影影响，避免光影对测量数据的影响，且控制点应覆盖整个测量区域，保证后续数据处理的完整性。在进行控制点设置后，需要对控制点进行运行，并记录控制点的位置信息和状态信息，用于测量数据处理使用；控制点的运行分为两个部分，即控制点的检查和控制点的记录，控制点的检查是指对控制点进行定位和检测，从而确保其位置的准确性，同时还需要检查控制点的状态，确保能够正常地工作；控制点的记录是指跟踪控制点的位置和状态信息，保证后续数据处理的精度和可靠性，控制点需要记录的信息包括控制点编号和名称、在地图上的位置和经纬度信息、状态信息以及控制点的高度和相关参数信息，通过对控制点的科学设置与运行调整，可以有效提升无人机航测测量精准性[6]。

（五）测量数据处理

在控制点布设、测量完成后，需要做好测量数据处理工作，采用科学的处理方法，确保测量数据处理的全面性。首先，无人机航摄图像数据处理需要建立数学模型，能够对图像进行几何纠正和配准，使图像坐标能够转换为地理坐标。建立数学模型需要考虑影响因素，如摄影机的参数、平台位置姿态参数等，并采用已知控制点方法的控制测量，确定图像与地面或地图的相对位置关系。常用的数学模型有直接线性变换、松弛块法、最小二乘法等。通过数学模型，可以准确计算出每个像点对应的地理坐标和高程，建立几何空间模型，为后续的数据处理打下基础。其次，在数据预处理过程中，无人机航摄图像，存在各种形式的失真，比如中心畸变、径向失真、透视畸变等，需要根据预先建立的数学模型对失真进行校正。无人机航摄图像在拍摄过程中受到各种干扰和影响，比如云、雾、霾、反光等，这些影响导致图像的质量下降，所以需要进行图像增强，使其更容易观察和处理，主要增强方法有对比度增强、噪声降低、锐化和平滑等处理。最后，需要做好三维模型生成工作，三维模型生成的过程是将数字高程模型、纹理信息、摄像机外方位元素及其他传感器信息等数据相结合，自动生成表现真实场景的三维立体模型，能够为工程建设提供三维模型支持。

五、无人机航摄在工程测量测绘中的应用注意事项

无人机航摄在工程测量测绘中应用时，需要注意以下事项：1.合理规划飞行任务。在进行无人机航摄之前，必须对测量区域进行充分的调查和研究，确定适合的飞行高度和航拍间隔，避免因地形、障碍物等因素导致数据采集问题。在规划飞行任务时，必须密切关注气象条件，避免在强风、降雨、大雾等恶劣天气下进行无人机航摄，不良气象条件会影响无人机的稳定性和图像质量，可能导致测量数据的不准确性。2.保证飞行安全。在进行无人机航摄时，必须严格遵守相关的法规和规范，了解并遵守当地航空管理机构对无人机飞行的规定，获得必要的飞行许可和执照。确保飞行过程合法、安全、可控；在每次飞行前，必须对无人机和相关设备进行全面的检查和准备工作，包括检查无人机的电池状态、传感器是否正常工作、摄像机的校准等，确保无人机设备完好，并进行相应的预飞检查和功能测试；避免在人口密集区域、机场附近、限制飞行区域等禁飞区域进行无人机航摄，选择空旷、无障碍物的区域，减少与其他飞行物体的冲突风险。3.数据处理与质量控制。在进行无人机航摄时，要确保拍摄的图像质量良好，注意摄像机的校准和调试，避免图像失真和色差等问题，同时需要关注光照条件，避免强烈的光线或阴影对图像质量的影响；在无人机航摄完成后，需要进行数据的后处理和处理，这包括图像的拼接、配准、地物提取和数字模型生成等步骤，确保数据的准确性和完整性，并进行必要的校正和校验；进行数据的质量检查，包括验证控制点的准确性、比对不同数据集的一致性等，确保测量结果符合预期的精度和精确性要求。

六、结语

综上所述，无人机航拍技术作为一种新型技术，被广泛应用于现代测绘工程测量工作中。通过科学、合理运用该项技术，能够最大限度提高测绘工程测量工作的质量与效率，相比传统的航拍测量技术，无人机航拍测量技术更加迅速、准确、灵活性更好、成本更低、安全性更高，充分保障了测绘测量的精确度，推动整个行业的稳定与可持续发展。基于这些优点，无人机航摄技术在今后工程测量中会得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]王艳红.无人机遥感测绘技术在工程测量中的应用分析[J].地矿测绘， 2021， 4（6）：51-52.

[2]陈大臣，冯博深.无人机航空摄影测量在河道带状地形中的应用[J].华东科技（综合）， 2021， （1）：352-353.

[3]罗峰， 黄昀鹏. 空地协同测绘在广州火炉山隧道工程地形图测量中的应用[J]. 工程勘察， 2021， 49（11）：4-5.

[4]王振永.无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用探讨[J].工程建设（重庆）， 2021， 4（6）：3-4.

[5]郭海杰.论无人机航空摄影测量技术在工程测量和地质测绘中的应用[J]. 世界有色金属， 2021（10）：2-3.

[6]程上宾.关于无人机航空摄影测量在地形测绘中的应用[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术， 2022（8）：3-4.