无人机三维测绘关键技术及其应用研究

摘""要：无人机测绘遥感是将无人机技术应用于测绘遥感领域而产生的新方向，是新型测绘遥感技术与航空平台技术、信息技术、传感器技术的高度集成。无人机凭借高效、精确、灵活等特点，已经在军事、民用领域展示出重要价值。它主要是通过搭载各种传感器、相机的方式实现地表三维信息的有效获取，为城市规划、国土利用、资源管理等工作提供重要支持。因此，需对无人机技术进行简要概述，重点分析无人机三维测绘的关键技术及其应用，旨在为相关实践提供一定指导。

关键词：无人机""三维测绘""关键技术""倾斜航空摄影

中图分类号：P231

Research"on"Key"Technologies"and"Applications"of"UAV"3D"Mapping

LI"Kai

Tianjin"Tianke"Shuchuang"Technology"Co.，"Ltd.，"Tianjin，"300000"China

Abstract："Unmanned"aerial"vehicle（UAV）"surveying"and"mapping"remote"sensing"is"a"new"direction"that"arises"from"the"application"of"UAV"technology"in"the"field"of"surveying"and"mapping"remote"sensing，"and"it"is"a"high"integration"of"new"surveying"and"mapping"remote"sensing"technology"with"aviation"platform"technology，"information"technology"and"sensor"technology."With"characteristics"of"high"efficiency，"precision，"flexibility，"have"demonstrated"significant"value"in"both"military"and"civil"fields."It"mainly"achieve"effective"access"to"three-dimensional"surface"information"through"the"installation"of"various"sensors"and"cameras，"providing"important"support"for"urban"planning，"land"use，"resource"management"and"other"work."Therefore，"a"brief"overview"of"UAV"technology"is"needed，"with"a"focus"on"analyzing"the"key"technology"and"application"of"UAV"3D"surveying"in"order"to"provide"guidance"for"relevant"practices.，

Key"Words："UAV;"3D"mapping;"Key"technology;"Oblique"aerial"photography

在科学技术不断发展的大背景下，无人机测绘技术已经逐渐成为测绘领域不可缺少的重要工具。尤其是在三维测绘领域，其能够凭借先进的传感器和摄像设备针对地表三维信息进行高效、高质的获取，并且显示出灵活操作的重要特点，具有非常强的适用性，为城市规划、土地管理、环境监测等工作提供重要技术支撑。因此，需对无人机三维测绘的关键技术进行关注，对其应用情况展开分析，促进无人机技术的更好发展。

1""无人机技术的优势

无人机测绘技术涉及多个学科领域，其主要目的即实现飞行、导航、控制和通信等功能。具体来说，无人机可搭载高分辨率相机，通过低空飞行的方式开展航拍，获得精度较高的影像，让地表实际情况得以更为清晰地反映。同时，无人机三维测绘可开展立体化的测量与建模工作，让数据获取的精确度、方便性得到有效提升，显示出高效、高质的特点[1]。

2""无人机三维测绘关键技术

2.1""倾斜航空摄影

测绘人员可以将无人机三维测绘技术与测区现场的环境结合在一起针对航飞线路展开规划，让不同航线的摄影航高、航线重叠情况、弯曲度、航向视场角等参数得到明确。一般来说，无人机开展倾斜航空摄影需要安装多个镜头，从4个倾斜方向1个竖直方向实现地表影像的获取，从而捕捉到地物的立体信息，与传统垂直摄影相比显示出更为丰富地物特征和更真实的地表模型。倾斜航空摄影通常使用专门设计的倾斜摄影系统，在能见度超出1"km且光线良好的状态下操纵无人机，按照预定飞行计划获取高质量的倾斜摄影数据，包括连续的地面图像、相机的倾斜角度和位置信息等，并对影像的清晰度、色彩色调等进行保证，让不同地物可以获得有效分辨，为后续的地物建模和三维重建打下良好基础。对于每个架次完成的航摄数据，都需做好及时下载，并做好相应质检工作，为后续的图像校正、姿态解算、影像配准等处理工作打下基础，进而生成最终的三维模型或倾斜摄影图，将其广泛应用在不同测绘领域当中[2]。

2.2""地面控制测量

在无人机开展航测之前，需要测绘人员做好相应的地面控制测量，针对测区的地形地貌、任务精度等因素展开综合分析，并在现场做好控制点的分散布置，让各处的控制点保持均匀分布状态。控制点的位置选择主要是由全球定位系统（Globe"Positioning"System，GPS）等测量设备获得，其位置精确度需与测绘项目的要求保持一致，并将其分布在整个测绘区域当中，确保覆盖于预期的测绘任务范围当中。在测量过程中，需对每个控制点的坐标使用适当坐标系做好准确记录。无人机航拍时需借助GPS做好飞行轨迹精确性的有效保证，使航拍图像与地面控制点实际位置保持在相匹配状态，并在完成航拍后针对地面控制点做好验证，一旦发现偏差需做好校正或重新测量，让测绘图像位置与实际位置保持一致。一般来说，地面控制测量多是在倾斜航空摄影完成后前往测区做出现场测量作业。

2.3""空中三角测量

空中三角测量（图1）主要是利用无人机搭载的相机于不同位置拍摄同一目标的图像，借助三角测量原理实现目标三维坐标的计算。在开展空中三角测量前，需对相机的布设位置进行关注，通常会在不同的位置和角度设置相机，从而获得多个角度的图像数据。三角测量通常需要利用ContextCapture"Center等专业软件与无人机搭载的POS系统结合在一起，从获得的像片中提取外方位元素，让各级别的相片得到自动匹配、自由网平差处理，结合控制点坐标值和差分GPS数据展开平差迭代计算，经由重复联合计算后获得最终的平差结果。具体来说，需对原始数据进行一定整理后，将做好的block或txt文件导入新建工程的当中，对照片与POS数据的对应性做好检查。接着，将软件划分为空三分区，对其实施无控空三加密作业，对影像是否存在分层进行检查，为后续的控制点刺点工作提供便利；若存在分层现象，需对空三成果进行优化调整。接着，要对成果坐标系进行构建，并与外业采集的像控点坐标结合在一起，于关联照片上开展刺点工作，并对每个控制点的影像数目进行控制，让其保持在3张以上[3]。最后，要使用光束法展开平差计算作业，实现空三成果的有效检测，若满足要求即完成空三加密作业，若不满足需对原因做出有效分析，继续展开空三加密操作直到满足相关要求。将空中三角测量技术应用在不同地形和场景的测绘任务当中，为地图制作、工程测量、环境监测等领域提供了有效的数据支持。

2.4""实景三维建模

无人机通过搭载传感器与特定软件工具（见图2），可对真实世界中的场景、建筑物、地形等进行高精度的处理，形成点云模型，通过此种三维数据集的方式将目标区域的表面形状和结构准确地反映出来。在开展三维重建工作的过程中，可对ContextCapture"Center软件的三维重建功能进行积极应用，将点云数据转换为可视化的三维模型。三维软件的应用使不同格网面片的影像纹理得到自动匹配，让每个三维格网放置于最佳位置，促进几何精度提升，形成三维尺度的密集点云，进一步强化模型的视觉效果，使其更加逼真。接着，测绘人员需以预先设定的优先级作为依据，针对不同区块的点云数据进行顺序分割，形成不规则的三角网，即TIN网，并且要对软件优化算法进行积极应用，针对错误匹配的TIN网顶点进行删除与修复，获得更好的三维表现效果。同时，要将TIN网顶点的空间位置作为主要依据，向模型内部赋予纹理，使最佳视角的影像与被标记空间坐标得到有效匹配，让影像得以粘贴于模型表面，进而影响精度更高的三维实景模型[5]。

3""无人机三维测绘关键技术的应用

3.1""国土测绘中的应用

国土测绘与土地资源管理效率存在极为密切的联系，将无人机技术引入该领域，可对无人机三维测绘的优势进行积极利用，针对国内国土资源数据展开精准搜集，为国内相关管理部门提供重要依据。具体来说，无人机三维测绘可对土地利用现状、地形地貌、自然资源分布等信息进行高精度的搜集，并与三维模型技术充分结合在一起，让获得的数据可以更加直观、立体的方式呈现出来，促使相关部门全面了解国土资源的实际使用情况和空间分布特征，制定出更加科学、精细的国土资源管理战略，为动态化的国土资源管理提供重要支持。

3.2""环境监测中的应用

将无人机三维测绘技术用于环境监测可对航空影像的获取快速性、高效性进行提升，让相关工作人员更加清晰且迅速地了解环境中的各种情况，特别是排放污染物的情况。同时，无人机测绘获得影像不仅可以让工作人员直观地观察到相关污染情况，还可借助数据分析等技术，将环境变化的趋势充分显示出来，如植被生态监测、固体污染物监测等，均可在无人机测绘技术的应用下显示出更强的监测效率与质量，为生态环境的保护、管理提供重要的支持。

3.3""灾情救援中的应用

在无人机技术不断发展的大背景下，测绘任务变得越来越繁重，可借助实时且高分辨率的地图和图，帮助各类工作人员处理复杂多样的地形测量工作，能够对传统测绘技术无法满足的需求进行有效满足，成为各类应急情况下的得力助手，常见于灾难抢险、应急测绘、地震、滑坡等灾情救援当中。具体来说，无人机可借助高分辨率的传感器实现灾区地形、建筑物、道路等信息的有效获取，形成详细的三维地图，为救援人员提供精准的路线规划、灾情分析等，让救援指挥部更准确地了解灾情，迅速做出正确决策[6]。同时，无人机搭载各类红外设备可在夜间或复杂环境下搜索幸存者或失踪者，相比传统搜救显示出更高的效率，并且还可用作移动的通信中继站，为通信网络受损情况下的救援人员提供通信支持。

4""结语

综上所述，在科技水平不断拓展的时代下，无人机三维测绘技术会获得更为广泛的发展，成为社会持续发展的重要工具。因为无人机测绘可以凭借其关键技术广泛应用在不同领域，如国土资源规划、环境监测、灾情救援等。本次研究针对无人机三维测绘的关键技术展开重点分析，旨在推动其在各个领域的进一步应用和推广，让无人机技术的社会效益获得最大化发展，构建一个数字化、智能化的社会。

参考文献

[1]王金龙.无人机三维测绘关键技术及应用探究[J].中国高新科技，2023（23）：66-68.

[2]许晟铭.无人机三维测绘关键技术及应用研究[J].经纬天地，2022（6）：37-40.

[3]蒋汪洋，和璇.基于无人机倾斜摄影的实景三维中国建设关键技术探讨[J].测绘与空间地理信息，2023，46（S1）：275-278.

[4]成云瑞.无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用研究[J].科技创新与应用，2024，14（3）：85-88.

[5]张遵文.植保无人机山地作业航线控制优化研究[D].杭州：杭州电子科技大学，2022.

[6]边雪冬.激光三维测绘条纹图像处理技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.