无人机遥感测绘技术在工程测量中的应用

蔚立军

（云南经济管理学院云南昆明650304）

摘要：随着无人机飞控系统的完善和成熟，无人机已经在民用领域不断扩展应用范围，同时无人机技术已经逐渐渗透并深入融合到各个行业。无人机遥感测绘技术是遥感的发展趋势之一，具有成本低、数据获取灵活、数据采集与处理快速等特点，这已经成为遥感数据获取的一种重要方式和手段。运用无人机遥感平台的低空遥感能很好地发挥优势，避免不利因素，同时无人机遥感能够保持很好的现势性。基于此，本文主要对无人机遥感测绘技术在工程测量中的应用进行了简要的探讨。

关键词：无人机遥感测绘技术；工程测量；应用

引言

近年来，无人机技术的研究与发展经过多年的研究与优化，逐渐在多个领域受到了良好的应用，并发挥出重要的作用。例如：在工程测量领域的使用中，无人机技术能够对地面测量不方便的区域进行空中的测量与拍摄，进而获取测量地区的影像、图像等你数据资料，促进测量工作的科学化、严谨化发展。

1无人机遥感测绘技术概述

无人机遥感测绘技术是一种利用无线电设备对空中飞行器进行控制从而实施测绘的技术。该种技术的实施能够提高传统测绘技术获取区域信息的效率，能够促进我国绘测工作实施质量与效果的提升。该种技术的实施离不开飞行设备、传感器以及数据处理系统几部分的整合使用，例如：无人飞行器、数码传感器、数据定位系统、数据处理系统等多种部分。在传统的地面信息测绘技术应用时，主要是利用发射的卫星或着载人类型的飞机来进行具体的信息数据获取，然而传统技术的应用不仅具有较好的数据信息收集成本，而且在使用过程中也具有较多的客观原因限制。例如：传统的测绘技术在天气较为恶劣的情况中，其测绘的质量较低且测绘的速度也较慢，影响具体的测绘工作实施。由此，在经过对无人机技术的创新研究与应用，其逐渐在绘测工作中发挥出了较大的积极作用，不仅具有较低的使用成本，而且能够促进测绘工作高质、高效的完成。

2无人机遥感技术组成

无人机遥感技术的应用由5部分组成，每个部分在技术应用过程中都起着不同的作用，具体的技术组成有以下几点：①飞行棋系统部分，这是保障技术应用飞行测量的关键性前提；②测控及信息传输技术，在该部分技术的应用过程中，将测绘工作开展中的技术应用进行整合，实现对技术应用的科学化运作，保障技术应用的实践性及对应技术处理能力的提升；③信息获取与处理技术，用于在实现技术测绘工作开展后，及时做出测绘信息处理；④保障系统，这是整个技术应用中，控制技术处理与实施的关键性因素，该部分的技术控制可以为整个测绘工作开展中的技术应用奠定基础，保障技术应用中测绘能力的提升；⑤数据后期处理技术，当测绘信息及时传输到无人机测绘系统中时，该技术可以迅速分析技术测量的成果，并且在分析过程中，对测量中的数据信息作出及时处理，保障数据信息的准确性。

3无人机数据处理关键技术

3.1影像畸变校正

通过相机标定可以获得低空无人机遥感系统搭载的数码相机的主点坐标、焦距、光学畸变参数等，通过一定的改正模型，实现对影像的畸变校正。利用数学建模对相机进行改正。影像经过畸变校正后，影像无畸变同时主点偏移为零，为进一步数据处理做准备。

3.2快速正射纠正

传统正射影像纠正方法速度较慢，精度不高。利用现代化的硬件处理器惊喜图形纠正不仅速度快，精度也较高。使用图形处理器GPU(GraphicProcessingUnit)强大的并行处理能力和高带宽的数据传输能力。可以实现对无人机飞行拍摄的大量影像进行快速正射纠正。基于GPU的数字影像正射纠正能够提高GPU硬件上的快速数字影像正射纠正速度，能够比传统的CPU快近十倍。可以有效提高无人机数据处理和纠正的速度，以及提高数据处理效率，这是无人机影像获取的大量影像数据的快速处理的重要和关键之一。

3.3大范围正射影像自动拼接

在正射影像纠正完成后，可以进行测区范围内的正射影像拼接，对测区的完整性，以及飞行质量进行检核，同时可以确定无人机飞行的重叠度等指标进行检核。这是资源矿产调查、全区域、大范围矿区灾害监测重要正射影像地图的形成关键所在。可以获得完整的区域范围影像数据。

3.4几何纠正

为了能达到相关矿产资源开发遥感监测技术要求，在制作完成DOM以后应对其几何纠正，以满足控制点拟合精度不大于图上0．3mm，地物点误差不应大于图上0．5mm的精度要求。需要用控制点对影像进行几何纠正，使得影像图精度符合矿产资源相关规范要求。几何纠正质量与采用矿区控制点的精度情况有关，对无人机遥感影像成图精度有直接影响。因此，选择合适的具有高程的平面控制点有利于无人机影响几何纠正后能够满足矿区形成各种比例尺影像图，以满足矿产资源不同需求。

4无人机遥感测量技术的方法

4.1综合法

综合法一般多用于平坦地区的大比例尺测量中，为单张像片测图，即将无人机摄影测量技术与平板仪测量技术合二为一，平板仪技术用来确定地面的数据指标，无人机摄影测量技术获取全面的地形情况。

4.2全能法

全能法一般用于测量山地的地理形态，通过对立体测图仪的使用，得到细小的地面几何模型，对模型进行测量即可明确测量点的相关位置及数据信息，最终获得地形测绘图。

4.3分工法

分工法一般用于对丘陵地区的测量，和全能法类似，都是利用立体测图仪获取所需测量的地形的相应数据，达到最终确定地形图的目的。

5无人机遥感测绘技术在工程测量中的应用

5.1无人机航空摄影

综合考虑空域情况、摄区面积以及气候条件等因素，科学的选择无人机，同时无人机具有续航时间长、精度高等特点，搭载SonyＲX13000万像素相机，镜头焦距为35mm，利用自带专业航线设计软件制定测区飞行计划。

5.2地图测绘

因为地图测绘的实际工作量偏大，仅仅依靠人工方式，是无法确保结果准确性的。但是无人机遥感技术，就可以针对一定范围内的地区与空间信息资源进行挖掘、分析，然后进行资源整合，形成相对应的技术资料，从而提供准确的、全方位的数据资源，满足数据的采集与处理要求，这样对于建模与分析是非常关键的。就最近几年的发展来看，无人机遥感技术发展相对迅速，并且自身的优势也非常明显。在利用遥感航测技术的同时，等待完成了前提的筹划，就可以直接进入下一环节，也就是做好布控方面的工作。在地图测绘中，注重科学布控，不但可以推动测绘工作的前进，还可以实现工作细节的完善处理。基于科学的布控，才可以将整体的精密度提升上去。首先，测绘人员需要结合待测区域的实际大小，从而选择E级的控制点。数量太多，会增加测绘使用的经费，在实际测绘中是完全不需要的。但是数量偏少，则会对整体的精确度带来影响。基于这一基本条件的分析，就应该对网络RTK的布设外高程控制点进行分析，同时兼顾对平面一级控制点的考虑。在进行测绘的时候，需要利用动态的GPS平滑测设图根控制点。其次，在实际测绘中，结果的精确度一定需要得到控制，并且测绘数据还应该反复地进行计算，这样才可以适当扩大基数范畴，同时也可以进行平均计算，将精确的数值确定下来。一般来说，在具体测绘中，针对某一个数据进行测绘，至少需要达到10次。之后，进行测量数值的平均处理，这样才能确保计算出来的数值最接近于准确值。当然，为了防范地形可能产生的影响，在控制点布置之外，还需要考虑到KZ1-KZ209的图根点设置，这样方便GPS的测量处理。在地图绘制的环节，需要确保数据的精准性，利用计算机平台做好分析与处理，这样才能满足绘制地图所提出的要求。

5.3无人机像控测量和影像快速拼接

和传统航测不同，无人机在像控测量时，获取到的影像数量比较多，且像幅较小，多数都是应急测绘，不太适合于通过冲印相片来对像控进行测量。与此同时，测量区域范围之内所包含的特征点一般比较多，故而在航飞之后，在进行像控测量时，获取到的像控点一般都在测区内部均匀分布，在色彩鲜艳的对比度上，比较明显，同时在影像方面具有较高的辨识度。当获取到影像后，快速地检查其质量，一旦和规范标准符合并在畸变预处理之后，按照每一张影像本身所对应的相关POS数据，来对测区影像进行快速的拼接。

5.4像片控制测量

采用区域网布设像控点，按地形条件和飞行架次将全测区划分成若干网区，在两条及两条以上平行航线处布设平高控制点，每对像控点分布在标准点位处，且相距不超过4条基线。为了提高加密像控点的精度，在不规则区域网的凸角处增设平高点，凹角处增设高程点。经搜资测区内已建有四等GPS控制网，采用HBCOＲS网络ＲTK进行像控点联测，为保证加密控制点的质量，且考虑到该测区地形比较复杂，同时测定高程控制点的平面坐标。

5.5空中三角测量

通过无人机处理软件来进行空三加密的计算，该软件在自动化程度上比较高，通常处理过程只需要控制点文件、相机参数文件、POS数据以及原始影像的准备。因为航线是呈T型形状的，故而为了处理的方便性，通常的构建航线是东航线和西航线，之后再通过POS数据来实现自动化的航带创建，对连接点进行自动的匹配以及提取，并自动地对粗点和差点进行挑取，检查好测区内部连接点的分布是否足够均匀，对部分连接点进行手动增加，从而确保航线和模型之间的连接强度满足要求。同时需要注意的是，在加点过程中，要确保与影像边缘的距离要足够大，防止相片边缘发生比较大的变形。

5.6遥感技术获取信息系

针对微小型无人机遥感信息的获取工作，需要利用飞行器平台，借助相应的监控系统，以便获取数据信息，该系统由数据处理系统、飞行控制和无线遥控系统、三轴稳定平台以及无人驾驶平台、遥感传感系统共同构成。当前，实施遥感传感器的具体方式不但有数码相机，还包括侧视雷达等类型，但是因为微小型无人机自身存在的载荷量并不大，所使用的轻型多谱相机比较多。微小型无人机对信息获取的质量，最基本的前提便是飞行的稳定性和稳定性，而对安全飞行产生影响的是传感器的荷载量以及质量。

5.7内业数字化测图的制作

内业数字化测图的主要流程为无人机航摄测量空三加密作业，外业的主要任务是利用综合法画图、测量像片控制点并画出像片，内业的主要任务是根据像片控制点确定密测图的控制点，通过对空中三角的测量明确各个指标，进而实现地形测量。

5.8立体架构的采编

立体架构的采编就是在无人机测量结束后获取在立体状态下的相关数据。首先，要收集测量点的信息与地形地貌，确保精准性，然后在该基础上得到立体信息。立体测量是十分必要的。

5.9数据处理

与传统的人工数据处理工作相比，利用无人机处理数据，能显著提高处理的质量和效率，具体为:①矿上整治方面的作用。工程的面积很大，且开采中极易引起污染问题，而传统的环境治理方面无法达到预期的整治效果，缺乏宏观层面的指导。利用无人机遥感的低空拍照和监测功能，可以帮助管理人员对工程周边地区生态破坏的情况进行及时获取，在此基础上制定合理的整治方案，更好地保护工程周边的环境。②工程测量方面的数据处理优势。目前社会发展对能源资源的需求量越来越大，但传统工程的开采时间长，开采的危险度及难度有所增加，所以对新的煤炭资源进行探测来缓解能源危机至关重要。无人机遥感技术在开发和寻找工程方面具有积极的作用，能管理后期工程开采工作的信息，有效保护工程周边的生态环境，制定科学的开采计划。

6无人机影像成图精度分析

1)数字正射影像图质量分析矿区地形全部为山地地形，由于山地地形高低起伏变化较大，无人机按照既定设计航高飞行，确保飞行质量。根据无人机影像所生成的矿区正射影像图数据来分析最终成果，飞行覆盖范围，重叠度等指标符合要求。正射影像处理后质量分析:相邻正射影像零立体观测检查，虽然存在个别点位有差错，总体地形没有明显的较大起伏;正射影像图色调、色彩均衡一致，完全满足正射影像平面图的质量要求，符合规范。2)成图质量分析本项目完成后，为分析无人机成图质量，对测区内已有控制点周围进行实地野外测量，野外采点253点，并计算野外采点和成图后的图上量取数据，并计算中误差，评定和衡量成图质量。根据实际测量野外点和成图后量取的点位进行比较分析:内业加密点相对野外实测点的点位中误差为0．89m;地物点相对野外实测点的点位中误差为1．02m。内业加密高程点相对野外实测点的中误差为0．71m;内业高程注记点相对野外实测点的高程中误差为0．8m。

结束语

综上所述，与载人飞机、航空遥感技术相比，无人机遥感技术具有应用广、优势大等特征，在测绘工程测量的数据采集、航空拍摄、数据处理等方面有着广泛的应用，能确保工程的顺利实施。本文通过对无人机遥感测绘技术进行简单的概述，在无人机技术的工程测绘应用研究过程中，依旧存在着较多问题。因此，在未来的研究生活中还应对无人机技术的工程测绘应用进行进一步的研究与分析。希望本文能够为无人机遥感测绘技术的研究提供几点可行性建议，并为我国工程绘测事业的发展提供积极的促进作用。

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