國家春

摘要：無人機測量技術是一種非常先進的現代測繪技術，其具有靈活、快捷的作業(yè)方式與較強的協同能力，可快速、高效地獲得數據信息，有效滿足地形測量的各項需求。本文對無人機測量技術的理論基礎和構成進行了闡述，分析了無人機測量技術在地形測量中的優(yōu)勢，并對其在地形測量領域的實際運用展開了深層次的研究，以供相關人士借鑒與參考。

關鍵詞：無人機；測量技術；地形；工程

隨著時代的發(fā)展，我國的工程建設規(guī)模與數量都在不斷提升，在工程建設中，地形測量是一項重要的基礎性工作。在傳統(tǒng)地形測量中，對于較小的范圍，往往通過人工測量完成，而對于較大的范圍，往往利用大型飛機的航拍技術測量。這種方式不僅作業(yè)過程比較繁瑣，且測量結果的精確度也難以得到有效保證。隨著科學技術的發(fā)展，先進而高效的無人機測量技術應運而生，并被廣泛應用于地形測量中，該技術可提升測量效率，增加測量結果的精確性。

一、無人機測量技術概述

（一）無人機測量技術原理

無人機測量技術的原理為航空攝影測設。需要用無人機搭載專業(yè)的數字航測設備，在低空飛行的狀態(tài)下，利用設備攝影獲取相應區(qū)域的高清圖像信息，進而使用綜合法、全能法、分工法等專業(yè)的測圖方式，對單張測圖像片實施中心投影的透視變換，對立體測圖實施投影過程的幾何反轉，然后使用專門的數據分析處理軟件，對圖像信息展開更加精細化的處理，最后建立三維點云和模型，高效獲得地理信息，從而實現測量目標。

（二）無人機測量系統(tǒng)的組成

1.飛行平臺和控制系統(tǒng)

飛行平臺與控制系統(tǒng)是無人機測量系統(tǒng)中的關鍵部分，包括動力裝置、飛行控制設備、供電、機載航攝設備等部分。飛行控制系統(tǒng)的主要作用，在于保證無人機的作業(yè)安全性。在無人機實地測量工作的過程中，工作人員可實時對其監(jiān)視和操作，當無人機處于危險狀況時，可通過遠程控制，使其安全降落，這為測量作業(yè)的順利開展奠定了基礎。

2.機載傳感器

機載傳感器也是無人機測量系統(tǒng)的一個重要組成部分。對于傳感器的選擇，我們必須依據成圖的精度和比例尺的大小，再結合相關規(guī)定綜合考慮。快門的最大速度應在1/1000s以上，且鏡頭的像素應在2000W以上，同時保證機身、鏡頭和成像探測器分別實現有效連接。當機載傳感器發(fā)生主距誤差、主點坐標誤差、殘余畸變差等現象時，工作人員必須進行有效校驗，以確保具有足夠的精確度。

3.地面保障系統(tǒng)與回收裝置

地面保障系統(tǒng)是無人機的指揮與控制中心。在無人機實施地形測量的過程中，產生的上行數據和其對地面?zhèn)鬏數膱D像和遙測數據，都可以通過地面控制系統(tǒng)顯示和處理。地面保障系統(tǒng)通過視頻接收天線，對無人機實施自動跟蹤，并實時讀取并記錄各種數據信息。除此之外，在控制軟件與反饋數據的支持下，工作人員也能按照要求對無人機的行進方向進行更改，并在緊急狀況下，完成一鍵降落和返回的操作，確保地形測量工作的順利、高效開展。

4.數據處理系統(tǒng)

數據處理系統(tǒng)一般由圖像處理系統(tǒng)、數字立體測量系統(tǒng)和空間三角測量系統(tǒng)組成，其主要作用是收集信息，然后依照測量任務與要求，記載航攝設備獲得的高清影像數據，并進行解算與處理，最終生成三維點云和模型數據，確定準確的地理信息，將其作為地形圖測繪的重要參照和基礎。

二、將無人機測量技術應用于地形測量中的優(yōu)勢

（一）快速、高效地獲取數據信息

在以往的地形測量中，通常會花費大量的人力與時間。其中，會涉及較長時間的外業(yè)測量，且容易受地形與氣候的影響，同時，在內業(yè)的數據檢核與校對流程中，工作量往往較大，這樣就無法快速、有效、全面地了解各種地理信息。此外，傳統(tǒng)的測量方式還常常會因為各種因素的干擾而出現漏測的情況，這就要求必須對數據加以補測，整個測量工作的效率較低。而將無人機測量技術應用到地形測量中，則能大大節(jié)省人力與時間，數據的獲取快速、高效，且整個作業(yè)過程受外界的影響較小，對圖像信息與數字信息的轉化效率很高，工作人員可以對測量區(qū)域的各種地理信息進行全面了解。因此，這兩種方法相比較，無人機測量技術明顯具有較大優(yōu)勢，可顯著提升測量效率，值得在地形測量中大力推廣應用。

（二）測量數據的精準度高

在使用傳統(tǒng)測量技術進行地形測量的過程中，受外部因素的影響較大，容易產生較大的測量誤差。具體來說，導致測量誤差的原因很多，包括儀器自身精度問題、儀器出現故障、人為操作不規(guī)范、天氣等外部環(huán)境的影響等。如果測量數據誤差較大，則會降低數據分析的參考價值，也不利于工程的后期建設。若將無人機技術應用于地形測量，則能大大減少測量誤差，提升測量的精確度，甚至可以實現厘米級的精確度，有效滿足大比例尺地形圖對地形測量的實際需求。在一些測量要求較高的區(qū)域，無人機可以超低空飛行，在很大程度上避免天氣因素帶來的干擾，即便在云量較厚的情況下，也可以順利開展測量，并獲得具有較高清晰度與色彩飽滿度的圖像。對于無人機獲得的大量地理信息，工作人員利用平差計算的方法，對其進行有效矯正，進一步提升數據的精準度。

（三）靈活快捷的作業(yè)方式

我國地域遼闊且地形復雜。在進行地形測量的過程中，往往會受各種地形條件、氣候環(huán)境等因素的影響，無法有效開展測量工作。而將無人機測量技術應用于地形測量，則能有效排除各種外界因素的干擾。無人機的體量非常小且極為輕巧，對起降環(huán)境的限制與要求很少，工作人員可進行遠距離操作與控制，從而靈活而快捷開展地形測量作業(yè)，有效確保工作人員的安全。

（四）較高的協同力

利用無人機測量技術進行地形測量時，不但能發(fā)揮出航空攝影的功能，還能將之與GPS定位技術、遙感技術、純銅測量技術等其他相關技術連接與融合，通過與不同技術的協同、配合，在很大程度上提升地形測量工作的效率與質量。由此可見，無人機測量技術具有很高的協同能力與兼容性能，這對于提升地形測量的作業(yè)效率、獲取更加精準的數據信息具有重要意義。

三、無人機測量在地形測量中的應用策略

（一）像片控制測量

在將無人機測量技術應用于地形測量時，首先要在現場布設像片控制點。要求工作人員綜合考慮待測區(qū)域現場的實際狀況、拍攝的跨度、對測圖準確性的實際要求等因素，同時還要在待測區(qū)域確定基線，并進行踏勘選點。通常，對于小范圍、高成圖精度的測量區(qū)域，工作人員常使用外業(yè)測量的方式，開展全野外布點工作。完成像片控制點的布設后，還需要將GPS靜態(tài)測量與GPS-RTK動態(tài)測量結合運用，最終完成像片控制點的測量工作。在實際作業(yè)過程中，必須在像片控制點的上方假設人工布標，以確保像片控制點測量的精確性。此外，工作人員應及時檢查并校驗無人機上搭載的攝像設備，以保證攝像設備保持良好的運行狀態(tài)，順利完成航空拍攝任務。

（二）航空拍攝作業(yè)

在使用無人機開展航空拍攝工作前，應做好各項準備工作，為拍攝創(chuàng)造良好的條件，提升拍攝效果。首先，工作人員必須充分認識與把握待測區(qū)域的地貌地物要素，綜合考慮地理位置、地形條件、地面的建筑物等情況。此外，還要詳細了解光照、風向、風力等因素。為了提升拍攝效果，應盡可能選取有利的天氣，以天晴和無雨為佳，并根據待測區(qū)域的實際情況，選擇相應的攝影器材。例如，在地勢相對平緩的地方，可以選用AF100悉尼港的固定翼無人機；在地勢比較復雜的丘陵、山區(qū)等地方，則可以選用哈V8四旋翼無人機。此外，關于航拍的架次、拍攝范圍的寬度、拍攝畫面的像幅等，也要科學判斷、精心設置。對于航空拍攝的具體時間，應科學、合理地選擇，保證拍攝時有足夠的光照，且陰影部分不應太大。

（三）空中三角測量

在利用無人機測量技術進行地形測量時，無人機在航拍過程中獲取的圖像資料信息，存在一定的誤差。因而，要對信息數據進行必要的糾正和調校，最終獲得可靠的測量成果。一般采用空中三角加密計算法，利用半自動的方式，在像片上對測圖定向點進行確定與量測，從而對其數據整體平差，以此方法消除由于大氣折光、地球曲率等產生的數據誤差。在無人機的成圖過程中，空中三角加密是一個十分關鍵的環(huán)節(jié)。具體而言，要利用影像進行匹配，然后再把控制點提取出來，將測得范圍內的所有影像歸納到同一個物方坐標系中，獲得每張像片的外方位元素與加密點的物方坐標。

（四）內業(yè)數據采集及測圖

對像片的數據信息經過校正、調校等處理后，下一步，便是對地理信息數據的采集。對于內業(yè)的信息收集與數據處理，一般都通過全數字的攝影測量系統(tǒng)進行，最終獲得較為精準的數據信息。對于其中較為重要的地理信息數據，工作人員應盡量以手工的方法收集；而對于比較一般的地理信息數據，則可采用電腦完成自動化的采集。對于已經收集到的各種數據，要將其導入三角測量的加密平差測量數據并進行建模，最終完成數字高程模型與數字正射。

此外，影像圖與數字線畫圖的制作也很重要。其中，數字線畫圖的制作，需要先進行數據處理，然后按照地面要素數字化的實際要求，體現和保存數據。在完成數字線畫圖的制作后，還必須進行地理信息矢量數據的編制。工作人員會利用容易辨識的圖形信息，對數據加以表現，如點、線、面、特殊符號等。此外，我們還需要借助專業(yè)的數字攝影測量系統(tǒng)，對航空遙感圖像上出現的畸變現象進行處理，從而獲得信息數據的最初位置與狀態(tài)，然后再通過相鄰影像的慣性，形成立體像對。最后，再利用三維眼鏡等硬件裝置，形成三維跟蹤體，收集三維的信息數據，并將信息數據輸入CASS中進行必要的編輯，最終獲得相應的矢量地理信息，也就是數字畫圖。

（五）外業(yè)調繪和精度檢查

對無人機測得的數據信息，工作人員可通過外業(yè)調繪的方式進行復核。一般情況下，會采用紙質地形圖的方式，對測到的數據信息進行表達，對于其中呈現得不清晰和不全面的地物地貌數據信息，要進行相應的補測與修正。一方面，對現有的地物地貌資料信息，應加以檢測和更正，另一方面，對遺漏的地物地貌資料信息加以補充。此外，工作人員還可通過采用GPS-RTK等測量手段，開展野外實測，以便于對測圖的準確性進行有效測試，得到平面與高程的偏差信息，再通過檢測規(guī)范對測量的準確性作出評價。通過這樣的方式得到比較完整的地物地貌信息，清晰表達測量結果，同時得到擁有較精確測量數據的地形圖成果。

四、無人機測量在地形測量應用中存在的問題

任何一種測量技術在存有一定優(yōu)勢的同時，必然會存在一定的短板與缺陷。在利用無人機測量技術對地形測量的過程中，普遍存在像片像素差、數據精度不高、電池容量小、續(xù)航時間短等問題。

像片像素差，數據精度不高。在測量小測區(qū)地形時，使用的無人機往往體積較小，載量也較低，通過攜帶微單相機完成航拍工作，導致拍攝的像片像素無法滿足成圖需求，存在一定的畸變差，使得數據的精度無法達到地形測量的高精度要求。

電池容量小，續(xù)航時間短。小型無人機配備的電池容量往往較小，因而續(xù)航時間比較有限，無法有效滿足長時間的穩(wěn)定測量任務要求。除此之外，在航拍過程中，還存有很大的不確定性，比如，如果在飛行過程中遇到強氣流天氣，會導致飛行器損壞。

五、影響無人機航攝效率的因素

影響無人機航空攝影效率的主要因素有四個方面，分別是攝影區(qū)域面積、無人機續(xù)航時間、數碼相機的續(xù)航時間及相機的像幅大小。

無人機航攝公式為：

N=Int（PArea/FArea）+1 式（1）

公式（1）中的N代表攝影飛行架的次數；PArea代表攝影區(qū)域的面積；FArea指單架次航空攝影面積；Int則表示數字四舍五入后最接近的整數。

由公式（1）可知，航空攝影架次與攝影區(qū)域的面積成正比，與單架次航空攝影面積為反比。因此，要想在完成航攝區(qū)域任務的同時提高航攝效率，首先要提高單架次的航空攝影面積。將單架次的航空攝影分攤到每一張有效的像片上，使像片的有效面積等于單架次像片減去單次重疊后的面積。

以下兩種措施可以有效提高無人機航空攝影效率：第一，選擇具有較高行高和短焦距的數碼相機，并選擇容量大的電池。第二，加大無人機的載油量，減少航攝像片的重疊度及單位時間的耗油量。在實際的航空攝影作業(yè)中，由于相機的焦距是固定的，必須要保證航攝影響的重疊度。因此，增加油箱容量和減少單位時間的耗油量是有效的方法。

六、結束語

綜上所述，無人機測量技術是一種非常優(yōu)秀的現代測繪技術，將其應用于地形測量中，具有非常明顯的優(yōu)勢。本文對無人機測量的技術原理和系統(tǒng)組成進行了闡述，分析了無人機測量技術應用于地形測量中的優(yōu)勢，如信息收集快捷有效、測量數據精準度高、靈活快捷的作業(yè)方式、高協同應用力等。同時，從像片控制測量、航空拍攝作業(yè)、空中三角測量、內業(yè)數據采集及測圖、外業(yè)調繪和精度檢查等方面，就無人機測量技術在地形測量中的應用策略進行了探討，并分析了無人機測量在地形應用測量中存在的問題和影響航攝效率的因素，希望使無人機測量技術在地形測量中得到進一步推廣和應用。

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