无人机摄影测量技术在测绘工程中的应用

文／张家敏 安徽省第四测绘院 安徽合肥 230031

引言：

我国测绘工程技术在近年来取得了快速发展，成为现代工程建设不可或缺的重要环节。随着科技的不断进步和创新，无人机测量技术作为一种新兴的测量手段，在测绘工程中发挥着越来越重要的作用。无人机测量技术凭借其高效、精确、灵活等优势，正在逐渐改变传统的测绘工程方式，它通过使用无人机进行航空摄影，获取高分辨率的图像数据，可以为地形测绘、建筑物监测、城市规划、基础设施管理和环境监测等领域提供准确、高效的测绘解决方案。本文将有助于更好地理解其在测绘行业中的重要性和发展潜力。

1.我国测绘工程技术地发展现状

测绘工程技术是国家地理信息基础设施建设的重要组成部分，也是地理信息产业发展的基础。我国测绘工程技术自20 世纪50 年代开始发展，经过几十年的努力，已经取得了长足的进步与成就。

随着科技进步和现代化建设的需要，我国测绘工程技术取得了快速的发展。特别是近年来，我国在测绘制图、地理信息系统、全球导航卫星系统等方面都取得了显著成就。

首先，在测绘制图方面，我国已经建立了全面的测绘成果生成体系，高精度测绘技术得到了广泛应用。通过利用航空航天技术，我国已经实现了大规模的数字摄影测量，航测结果用于制作数字正射影像图和数字高程模型。此外，地理信息系统（GIS）技术也得到了广泛应用，为社会经济发展和城市管理提供了重要支撑。

其次，全球导航卫星系统也是测绘工程技术的重要组成部分。我国自主研发的北斗导航卫星系统已经具备全球覆盖和高精度定位能力，广泛应用于交通运输、公共安全、农业、渔业等领域。北斗导航卫星系统的建设为我国经济社会发展提供了可靠的空间基础设施。

同时，地理信息技术也在城市规划和土地管理方面发挥着重要作用。例如，通过地理信息系统技术，可以实现对城市建设和土地利用的综合管理与优化。通过地理信息系统的分析和模拟，可以为城市交通规划、环境保护、资源管理等提供科学的决策支持。

此外，我国还在国土调查和国际测绘方面取得了显著成就。在国土调查方面，我国的基础测绘工程已经基本完成，为国土规划和可持续发展提供了重要的基础数据。我国也积极参与国际测绘合作，加强与其他国家在标准、技术和数据等方面的交流与合作，推动全球测绘技术水平的提升[1]。

然而，尽管我国测绘工程技术取得了巨大的成就，但仍然面临一些挑战。首先，我国地域辽阔，包括高山、山地、沙漠、湿地等复杂地形地貌，对测绘工程技术提出了更高的要求。其次，测绘行业人才结构和技术水平不平衡，需要进一步提升测绘工程技术人才的培养和引进。最后，随着信息技术的快速发展，测绘工程技术需要与大数据、人工智能等新技术结合，提升数据处理和分析能力[2]。

总体而言，我国测绘工程技术的发展现状取得了令人瞩目的成就，为国家的经济社会发展提供了重要的支撑。未来，应继续加大对测绘工程技术的研究和应用力度，提升技术水平和创新能力，进一步推动测绘行业向高质量发展的方向迈进。

2.测绘工程的具体测量内容

测绘工程作为一项综合性技术，具体的测量内容主要包括以下几个方面。

2.1 三维建模与地形测量

无人机可以通过飞行搭载的激光雷达或摄像机获取地表的三维信息，构建数字地形模型（DTM）和数字表面模型（DSM）。通过激光雷达扫描地表，可以获取地面和物体的精确高程数据。而使用摄像机，可以获取高分辨率的视觉影像数据，进而生成真实感的地形模型，提供更直观的地理信息。图1 是正在测量地理信息的无人机[3]。

图1 正在测绘的无人机

图2 无人机摄影

2.2 土地利用规划与资源管理

无人机可用于土地利用规划和资源管理方面。通过获取边界分析、地类分类和土地覆盖等数据，可以评估地表的使用情况和自然资源的分布。这些信息可以帮助决策者进行土地规划、环境保护和资源管理，促进可持续发展。

2.3 建筑物检测与建筑变形分析

无人机在建筑物检测和建筑变形分析方面有较高的应用价值。利用激光扫描技术，可以生成建筑物的三维模型，检测潜在的风险和结构变形问题。同时，还可进行建筑物立面检测和破损区域分析，为建筑维护和修复提供科学依据[4]。

2.4 水域测量与水资源管理

对于水域和水体的测量，无人机可以在测深、水面水质监测和水面漂浮物探测等方面发挥重要作用。无人机配备的多光谱相机可以检测水体中的悬浮物、藻类等，获取水质信息。此外，利用无人机还可以对河流、湖泊等水域进行测绘和水深测量，为水资源管理和水环境保护提供支持。

2.5 灾害评估与监测

无人机在灾害评估和监测方面也扮演重要角色。利用无人机高分辨率影像数据，可以快速获取受灾区域的全貌和灾害程度，提供重建计划的参考依据。同时，无人机还可以用于灾后搜救、无人机抢险等行动，提高灾害应对速度和效率。

无人机测绘工程广泛应用于三维建模与地形测量、土地利用规划与资源管理、建筑物检测与建筑变形分析、水域测量与水资源管理、灾害评估与监测等领域。通过无人机的高效、高精度测量，可以为各行各业提供更精准、更可靠的地理信息，推动科学技术的进步和社会发展[5]。

3.无人机测量技术在测绘工程中的应用优势

3.1 降低测绘成本

无人机摄影测量技术在测绘工程中的应用具有降低测绘成本的优势。相对于传统的测绘方法，采用无人机进行航拍能够大幅减少人力和物力投入。无人机摄影测量不仅减少了人员需求，还能节省设备租赁和现场工作所需的时间。此外，无人机的使用还能够提高测绘数据的准确性和可靠性，减少了测绘过程中的误差和不确定性。通过有效降低测绘成本，无人机摄影测量技术为各类测绘项目提供了经济高效的解决方案[6]。

3.2 拓展测量范围

无人机摄影测量技术在测绘工程中能够有效地拓展测量范围。相较于传统方法，无人机能够克服地形的复杂性、遥远地域或危险区域的限制。通过无人机航拍获取的图像和数据，测绘工程师可以轻松地对广阔的地理区域进行测量，获得高时空分辨率的测绘数据。无人机航拍技术使得对大范围地形图、剖面和GIS 数据采集成为可能，推动了测绘范围的拓展与扩展。

3.3 提高测绘工作效率

无人机摄影测量技术能够显著提高测绘工作的效率。相较传统测绘方法，无人机航拍技术能够更迅速地获取大量高分辨率图像数据，并通过自动化的图像处理和三维重建算法生成准确的测绘产品。无人机的应用能够减少人力投入和测绘工作所需的时间，提高测绘工作的效率和准确性。高效的数据获取和处理使得测绘工程人员能够更有效地完成测量任务，提高项目进度和工作效率[7]。

3.4 实现高效的数据传输

无人机摄影测量技术在测绘工程中实现了高效的数据传输。通过现代化的数据传输和处理设备，无人机采集到的图像和数据可以进行实时传输和处理。测绘工程人员可以通过航拍图像和传感器数据的实时传输，迅速获取测绘数据，并在现场进行实时分析和决策。这种高效的数据传输能够缩短数据获取和处理的周期，提高测绘工作的实时性和灵活性。

3.5 拓宽应用领域

无人机摄影测量技术的应用并不仅限于地表地形测量，还可以在建筑物监测、城市规划、基础设施管理和环境监测等领域广泛应用，从而极大地拓宽了测绘工程的应用领域。

在建筑物监测方面，无人机可以通过航拍图像获取建筑物外部的信息数据，如外墙状况、结构变形等。通过对比历史航拍图像和实时航拍图像，可以进行变形分析和损害检测，及时发现并解决建筑物的潜在问题。这对于保持建筑物的结构稳定性和安全性具有重要意义[8]。

在城市规划领域，无人机航拍图像能够提供高分辨率和全景视角的数据，为城市规划者提供详细的地理信息。无人机航拍技术可以快速获取城市的地形、土地利用状况、建筑物布局等信息，为城市设计和规划提供科学依据和决策支持。这有助于优化城市发展、提升城市生活质量和保护环境。

在基础设施管理方面，无人机可用于巡检和监测工程设施，如道路、桥梁、管道等。通过无人机航拍图像的获取，可以对这些设施进行检测、量化和评估，及时发现并解决潜在的问题。这有助于提高基础设施的运行效率、延长使用寿命，并减少不必要的维修和支出[9]。

在环境监测方面，无人机提供高分辨率的航拍图像，可以用于监测自然资源、环境状况和生态系统的变化。例如，通过无人机航拍获取的图像和数据可以进行植被覆盖度、水体质量和土地利用状况的监测和分析。这为环境管理和保护提供了重要的参考信息，有助于科学决策和可持续发展[10]。

3.6 提升安全性和灵活性

无人机摄影测量技术在测绘工程中提升了作业的安全性和灵活性。使用无人机进行航拍可以避免或减少人员对于危险环境，如高海拔地区、悬崖峭壁等的直接进入。通过远程操控和自动化线路规划，无人机能够在遥远和难以到达的区域进行测量，降低了人员的风险[11]。

此外，无人机航拍还能够根据具体需求调整飞行路径和航拍角度，提高了作业的灵活性和自主性。无人机可以根据需要进行多次航拍以获取更全面和准确的图像数据。这种灵活性使得无人机摄影测量在应对复杂测绘任务和临时需求时更加便捷和有效。

无人机摄影测量技术在测绘工程中的应用具有降低测绘成本、拓展测量范围、提高工作效率、实现高效数据传输、拓宽应用领域以及提升安全性和灵活性等诸多优势。这些优势使得无人机摄影测量成为一种受欢迎且广泛应用的测绘技术选择，为测绘工程提供了高效、精确和经济的解决方案。随着技术的不断进步和应用的扩大，无人机摄影测量技术在测绘工程中的应用优势将得到进一步的提升[12]。

4.无人机摄影测量技术在测绘工程中的应用

无人机摄影测量技术近年来在测绘工程中得到了广泛应用，其主要通过使用无人机进行航拍和摄影测量，为测绘工程提供了高效、精确、经济的解决方案。以下是对无人机摄影测量技术在测绘工程中应用的简述。

4.1 地形建模与三维重建

无人机搭载高分辨率摄像机和多台传感器进行航拍，可以获取地面的高分辨率影像和三维坐标信息，并将这些航摄数据进行处理，得到具有真实纹理和几何形状的三维模型。这些模型可以用于土地开发规划、城市规划、景观设计等领域，提供直观的可视化结果，帮助决策者和设计师进行规划和决策。图 2 为测绘用无人机摄影。

4.2 测量工程量和计算量块

开展工程需要得到详细的地理信息，而传统人工前往施工场地测量的方式效率较低，所得结果难以验证，甚至存在一定危险系数，可能会对威胁测量人员的生命安全。通过无人机对施工区域进行航拍，可以获取大量的影像数据；通过结合测量控制点，可以精确测量地面点的坐标，从而进行量块的计算。相比传统的测量方法，无人机航拍可以大大缩短测量时间，并提高测量精度，减少了人力和物力的投入。

4.3 监测地表变化

通过定期对同一区域进行航拍并获取影像，可以对地表进行多时相比对，准确测量地表的沉降、隆起、位移等变化情况。这在土地沉降、岩土工程、地质灾害等领域具有重要意义，可以及时发现地质灾害风险和安全隐患，为防灾减害提供科学依据。

4.4 林业资源管理和农业精准化管理

通过无人机航拍获取影像数据，结合遥感技术和图像处理算法，可以对森林、农田等进行精确测量和评估。那些难以到达的地区，可以通过无人机实现全面覆盖，极大提高了测量和监测的效率。

4.5 文化遗产保护和文物重建

由于无人机的飞行较为灵活，因此拍摄灵活性非常高，使用者可以铜鼓哦无人机获取更加全面、多角度的摄影结果，再加上计算机图像技术处理与视觉处理技术，就能够通过三位建模，将文化遗产复刻进电脑，或进行数字化修复，这一方面为文物传承提供了渠道，也为后续研究提供了更加详细的数据与资源。

4.6 城市开发与土地管理

在城市更新项目中，无人机航拍可以提供详细的影像数据和信息，帮助规划师和决策者识别潜在的用地问题和开发机会。通过获取的影像数据，可以进行土地利用类型分类分析，评估城市土地的利用率和使用效率，并用于规划城市更新的区域。这有助于提高城市土地资源的合理利用，并推动城市的可持续发展。

4.7 管道和线路的监测与检测

通过无人机航拍管道和线路的影像，可以检查其表面状况、发现潜在的腐蚀、损坏和泄漏等问题，提前预防或修复。相比传统的人工巡检，无人机航拍可以在短时间内完成大面积的监测，提高监测效率，降低成本和风险。

结语：

无人机摄影测量技术的应用已经拓宽了测绘工程的应用领域，如建筑物监测、城市规划、基础设施管理和环境监测等。这为相关领域的决策制定者和规划者提供了详尽、精确的数据支持，为提升城市、基础设施以及环境管理的效率和质量做出了重要贡献。然而，使用无人机摄影测量技术也需要关注相关的安全、隐私和法规问题，确保数据的准确性、可靠性和合法性。未来，随着技术的不断进步和应用的扩大，无人机摄影测量技术在测绘工程中的优势将进一步提升，为测绘行业的发展和创新带来更多机遇和挑战。综上所述，无人机摄影测量技术作为一种现代化的测绘工具，其应用优势在测绘工程中得到了充分展示。充分发挥无人机摄影测量技术的优势，将为测绘工程带来更高效、精确和经济的解决方案，进一步推动测绘行业的进步和发展。