航空测量在地形测绘中的应用分析

航空测量在地形测绘中的应用分析

布仁巴图,段曼

内蒙古自治区测绘地理信息中心 内蒙古呼和浩特市010051

摘要：随着航空技术的发展和摄影水平的提高，无人机航空摄影测量技术逐渐发展起来，并取得了显著的成果。无人机摄影测量技术在实际应用中的优势非常突出，特别是在减少人工任务量和工作人员的安全隐患方面。即使无人机出现故障，也不会有人员伤亡或很大的财产损失。这些优点使得无人机航空摄影测量广泛应用于地形测绘和工程中。

关键词：无人机；航空测量；地形测绘；

国家的经济、科技的快速发展，城市建设、城区规划、水利设施建设、交通设施建设等重大工程发展的步伐也越来越快，这部分工程对数据的需求量越来越大，对数据的质量要求越来越高。航空摄影测量技术帮助人们成功解决了大比例测绘地形的问题，实现了准确、快速、高效的测绘。此外，测量成本也比传统的地形测绘更低。但需要注意的是，航空测量也有一定的局限，还有相当一部分大比例的地形测绘无法应用航空测量来解决。

一、无人机摄影测量应用现状

无人机低空摄影测量广泛应用在海洋遥感、精确农业、森林火灾预防等领域。低空飞行指飞行高度在5 0-1000m，其中摄影精度控制在0.1-0.5m，能满足城市精细测绘的要求。无人机低空摄影测量技术，借助无人机为飞行载体，主要目标是获取高分辨率数字影像，具有集成性和便捷性，这得益于无人机低空摄影测量技术的日益完善。我国对无人机低空摄影测量技术的发展十分关注，已有能获取城市地区高分辨率色彩影像的技术和能力。无人机的控制系统及摄影系统保养和维修十分简便，对工作人员的能力要求不高，且在阴雨和雾霾天气仍然可以完成标准的影像数据采集。

二、无人机航空测量的构成与工作原理

无人机航空测量系统主要包括飞行平台、飞行控制系统、传感器、高分辨率相机、测控系统等。以影像数据为基础，通过对像点的选取和采集，形成定位数据和定位信息，可以和影像数据相结合，实现影像的自动匹配。再通过进一步的定位工作，即相对定向和绝对定向等基本确定输出立体图的数据，再通过外业调绘和人工的进一步完善，如屋檐改正和电杆连线、属性调查等，以保证地形图所示内容完整、正确。通过外业调绘资料对测图成果进一步编辑处理，使用数字测图方法对一、二类地物点和其他补测数据加以整合，输出图形。

三、无人机航空测量的特点

1.响应准确快速。在低空飞行中，由于无人机对起降场地的要求不严格，且在低空飞行中基本不会受到气候的影响，除极端恶劣天气外基本能满足使用。应用无人机航空测量技术时，对低空空域的申请工作可行性高，且准备工作比较简单，升空之后15分钟即可进行工作。在工作过程中，可以根据具体的工作要求灵活而及时地调节，控制系统能快速准确地响应，并做出移动。

2.获取数据及时。无人机航空摄影系统在操控和运输过程中，不受设备负担的影响，可携带数码相机或彩色数字摄像机，能够高速而准确地获取数字影像，足以胜任单日完成数百平方公里范围的测绘。能和局域网与计算机系统完成实时、高效的数据传输，从而快速完成地图绘制。凭借其出色的能力，无人机航空摄影系统可以快速生成三维可视化数据，并生成相应的三维正射影像等，对数据的快速获取与快速建模是测绘工作得以顺利开展的有效基础。

3.时效性与性价比突出。无人机航空摄影测量相比传统测绘，具有实效性和性价比方面的突出优势，由于其应用了许多其他技术，如卫星遥感、航空测绘、地面监测等，实现了协同作业，能实现多种技术手段和功能的兼容，提高了综合性和实用性。同时，由于测绘过程中能耗少，相比人工测绘具有绝对的价格优势，且无人机航空测绘的质量与效率也是人工测量远远达不到的。

4.机动性与灵活性强。得益于高精度的数码相机与测控系统，在进行拍摄时可以实现倾斜拍摄，丰富了拍摄方式，提高了测绘信息的准确性。与此同时，无人机航空测绘可以事先通过设置无人机的航线，自动完成高拍摄精度的任务，在无人机航空测量中，往往设置多个测量位置，以提高数据传输效率和测绘的工作质量。

四、无人机航空摄影测量在地形测绘中的运用

1.对像片的控制测量。对像片进行控制测量，主要是为了实现在航空拍摄过程中将影像和数据与定位系统相结合，通过换算航空和地面的测量数据，并应用特殊的控制点分布，结合导航系统完成对像片控制点在内的测量区域的测量任务。尤其是对需要额外关注的地形进行测绘时，能直接对数据进行传输和保存，有助于快速生成模型。其核心就是对像片控制点之外的其他控制点进行合理设置，提高数据的有效性，使测绘效果更加理想。

2.空中三角测量。空中三角测量技术在无人机航空摄影测量中十分普遍，空中三角测量技术的突出优势是避免了拍摄过程中繁琐的人工设置工作，事先就可以编辑系统程序进行自动计算，并顺利地完成地形和具体位置的测量与测绘。在此基础上，通过连接测量航带与测量模型，并使用空中三角测量的数据计算，能够得到与连接点处数据和像控点信息相吻合的地形图。

3.测量数据的立体采编。无人机进行地形拍摄需要做一些额外的工作，以保证采集到的地形结构和物体节点数据的准确性，这也是提高立体采集信息准确度的重要途径。此外，需要注意的是，虽然大部分工作可以自动完成采集和绘制，但是等高线与地物特征仍然需要人工绘制。在处理房屋结构的测量信息时，为了保证外业测量的顺利开展，还需要加大对房屋结构中屋顶边缘部分的关注，确保准确找到并确定屋顶边缘，从而加以完善和修正。

4.技术误差与解决方案。无人机进行摄影测量尤其是绘制大比例地形图工作中，具有其他测量技术达不到的效率和质量，但是同样存在误差问题，其中主要包括仪器误差和操作误差。仪器误差主要是由于搭载的CCD相机定位系统不稳定，容易影响到测量结果的准确度。因此，在使用无人机进行航空测绘时，尤其是大比例地形图中，借助相机内方位元素进行标定，可大大减少定位环节的仪器误差。在进行像控点识别和空间三角测绘时，受工作人员技术水平、感官判断能力、工作环境等综合因素的影响，对数据采集造成了一定的人为误差。因此需要提高测绘人员的技术水平，改善工作环境，并完善相关的管理制度。

五、无人机航空测量注意事项

1.天气因素。虽然无人机作业时多是低空飞行，不易受到气候的影响，但极端天气仍然可以影响到拍摄测绘质量甚至危害到无人机本身。因此，在进行航空摄影测绘工作时，应根据具体任务要求选择适当的天气作业。总的来说，拍摄时应尽可能地选择晴朗天气。晴朗天气通常风速不大，不会影响无人机的飞行姿态；同时，晴朗天气能见度高，不存在遮挡、折射、散射的问题。

2.加密问题。在完成无人机航空摄影之后，要选用以空三软件为主的软件进行处理。在应用这些相关软件处理的过程中会出现不同程度的误差。因此，为了减少误差，必须做好加密工作。目前空三软件还不够成熟，仍旧主要运用传统平差软件来开展相应工作。为了提高测量精确度、摄影成像清晰度，通常是通过外业检测数据来进行加密调整处理的。

3.飞行姿态。无人机本身体积较小、质量较轻，可供选择的机型也很多，例如四轴无人机、八轴无人机、固定翼无人机等。但是在解决了操作问题的同时又存在一些其它问题。有些无人机体积过小、质量过轻，无法抵抗住大的气流变化和风力风向变化。在进行具体作业时，主要依靠二维姿态的稳定平台。而这一姿态只能适应风力、风向以及其它一些气流因素变化不大的情况，一旦气流发生大的改变，就会严重影响无人机的稳定和动作变换，进而影响成像质量，例如会出现重影影像等。

总之，实现无人机航空测量技术的进一步发展，提高无人机航空测量技术的效率与质量，还需要进一步加强综合技术的应用，从而满足社会对地形数据提出的越来越高的要求。

参考文献：

[1]李萍.关于航空测量在地形测绘中的应用分析.2021.

[2]王阳青.无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用.2020.