无人机航测在城市工程测量中的应用

无人机航测在城市工程测量中的应用

张俊

宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏 银川市750011

摘要：随着我国科学技术水平的不断提升，无人机航测技术在城市工程测量中得到广泛的应用，明显提高了城市工程测量的工作效率。在城市测绘工程中，无人机航测技术的使用也逐渐成为了当前城市工程测量工作的主要方向之一。基于此，文章着重探讨了城市工程测量领域中无人机航测技术的应用。

关键词：无人机航测技术；城市工程测量；应用

引言

无人机航测技术作为较为新颖的测绘手段，可以有效还原现实三维模型成果，真实反映地物外观、位置、高度等属性，已经广泛应用于城市建设的多个领域，成为城市工程测量中的重要手段。无人机航测技术能够适应各类复杂的户外环境，能够快速采集影像数据，实现全自动三维建模，具有测量成本低、工期短、省人力、易转场等优点。

1无人机航测技术的优点和适用范围

无人机航测技术是以无人机为载体，采用遥感技术和数字处理方法获取地物信息和空间数据的一种测量技术，包括无人机、载荷（传感器）和地面站三个部分。其主要工作原理是，通过控制无人机平台上搭载的相机、激光测距仪以及定位定向传感器等，对无人机平台的位置进行精确测量，同时按照地面控制点的坐标以及影像坐标对无人机平台进行实时定位，再通过无人机平台上搭载的传感器获取无人机平台的平面坐标和高程数据。

一方面，无人机航测技术相对于传统测量方法存在多种优点：航行高度高、覆盖范围广、测量精度高、效率高等。其中航行高度高和覆盖范围广是无人机航测技术相对于经典地面测量方法的最大优势之一。另一方面，无人机航测技术的应用范围非常广泛，常见的应用领域包括城市规划、自然灾害监测、森林、地质等。例如：在城市规划领域中，无人机航测技术能够对城市建筑进行高精度的建模，为城市规划提供重要的数据。在自然灾害监测领域中，无人机航测技术可以快速地获取并分析受灾地区的数据，为救援工作提供有力支持。此外，无人机航测技术在生态资源保护、土地评估领域也有着广泛的应用。

2无人机航测在城市工程测量中的具体应用

2.1数字高程模型构建

数字高程模型（DEM）是一种重要的空间数据模型，是由一系列均匀分布的高程值组成的三维数值模型。DEM的构建主要通过遥感数据获取和处理、数字地形模型生成和三角网格剖分算法等技术实现。DEM构建的原理基于航测技术和地面测量技术，通过使用传感器测量地面特征的高程和位置信息，将数据进行无缝拼接，生成以数字地形模型为基础的DEM模型。数字高程模型的构建过程中，传感器选择和数据预处理是关键环节。不同类型的传感器所获取的数据可能存在精度不一的情况，因此选择合适的传感器及数据处理流程对构建高质量的DEM具有重要的作用。在城市工程测量中，数字高程模型的应用可以帮助工程设计师和规划师更加精确地了解城市建筑和地形特征，为城市建设的规划和设计提供更加精确的数据支持。

2.2可利用无人机航测技术精准获取航空影像数据信息

与传统的城市测绘技术相比，无人机测绘技术在使用效率高、使用灵活方便、精度高、制图速度快等方面有着明显的优越性，特别是在进行大范围的外业数据采集时，无人机设备经过目标建筑上空摄影，即可获得完整的影像数据。通过无人机航测技术准确获取航拍资料的基本步骤是：①合理地将飞行子区块按照调查区域的地形特征进行科学的分割，同时确保各区块的飞行高度、航速、旁向重叠等参数的科学性和准确性；②对勘测地区的地形地貌特点进行科学的分析，合理地增大地面像控点的埋设密度，以确保航测结果的准确性；③依据无人机飞行参数进行航拍作业，对图像数据进行核验和处理，确保调查数据、图件与实际数据的一致性；④采用Pix4Dcapture软件对图像进行处理和分析，制作出标准、统一的正射图像；⑤根据调研的内容，进行工作底稿的制作，计算机可通过Pix4Dcapture获取数据进行离线处理，将获取到的数据放置于远端处理，避免数据丢失。完成上述步骤后，工作人员就能够通过数字模型更为直观地了解房屋的外部尺寸、结构，获得更为精准的航测图像，再依据相关图像进行内业处理工作，就可以获取三维模型，从而将物体信息能够更为全面地呈现出来。

2.3可利用全球导航卫星系统（GNSS）辅助无人机航测

在城市测绘过程中，无人机技术具有明显的优越性，但也存在着许多问题，一般的无人机由于没有配备高精度的惯导设备，在定位导航时仅仅采用普通的GPS，在拍摄仪器曝光的同时，所记录的位置数据存在误差较大，需花费大量的时间进行后期的像片控制测量，才可以开展空中三角测量。因此，为了能够减少后续工序的误差雷击，在利用无人机航空技术的同时，还需要利用其他现代的技术手段，提高曝光瞬间相片的外方位元素精度，得到更为准确的测量结果。例如，无人机可采用全球卫星导航系统（GNSS）技术，即在已知点上架设GNSS接收机并发射差分改正信号，无人机设备上配置的GNSS接收机作为流动站同步接收GNSS卫星信号和基站差分信号，使无人机的定位坐标能够达到厘米级，有效减少地面像控点数量的80%以上，甚至做到完全免像控。

2.4三维数据处理与分析

随着数字中国建设的逐渐深入，城市测绘工程项目对设计的要求越来越高，很多时候需要提供针对施工总布置的三维设计成果。传统的设计方法和手段形成的施工布置图往往是基于等高线的，这是一种平面的、缺乏直观和立体感效果的设计。为了适应市场对三维设计的要求，城市测绘项目设计初始就进行了三维设计工作，通过无人机航测技术可以快速形成某区域的三维实景模型。借助于该设计模型，可以量测各种空间位置关系，辅助进行三维设计。采用ContextCapture软件不仅可以生成等高线、DOM、DSM，而且结合BIM软件(3DE或InfraWorks360)可以生成效果极佳的三维设计成果。采用无人机航测技术生成三模型后进行三维设计，可以大大提高三维设计效率，不仅无需重新测量地形，而且原有的地物信息可以一并生成在三维模型内，后期再运用BIM软件处理，即可生成满足工程需要的正式三维施工总布置图。

另外，在无人机航测技术中，三维数据处理是非常重要的一环。在这一环节中，三维模型的重建、可视化和分析方法是其关键步骤。首先，三维模型的重建是将数字高程模型转换为三维模型的过程。这一过程中需要使用到三维扫描、三角化等技术，将数字高程模型中的点云数据转换为实体模型。其次，三维模型的可视化是将三维模型以图像的形式表现出来的过程，主要是为了便于人们更加直观地观测、理解和分析三维模型。在三维模型重建的过程中，为了提高模型的精度和准确性，还需要进行数据清洗和校正。在三维模型可视化的过程中，需要使用可视化软件对模型进行处理，主要包括纹理映射、照明处理、透视处理等。而在三维模型的分析过程中，则需要使用到不同的分析方法，如挖掘特征点、识别物体等。

结束语

综上所述，城市工程测量中无人机航测技术无疑具有广阔的应用前景和发展空间。通过各类软件对无人机采集的数据进行相关处理，基于航空测绘地图、建模软件开展航测数据的精确处理。同时，无人机航测技术也存在着一些挑战，如数据处理和质量控制等问题，需要不断进行技术创新和改进。因此，精细化和专业化社会对城市工程测量的需求将会不断提高，无人机航测技术也将会不断发展壮大，成为城市工程测量的重要手段之一。

参考文献

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