周曉翠

（廣州建通測繪地理信息技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

無人機測繪技術(shù)集可視化技術(shù)與計算機技術(shù)等技術(shù)于一體[1]，處理數(shù)據(jù)時能產(chǎn)生精準的測繪結(jié)果。無人機測繪精準度和效率的提高，對于測繪行業(yè)發(fā)展有重要意義[2]。與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比，無人機測繪技術(shù)無需人工駕駛，投入成本低，能通過地面操作實地測繪，適用于特殊地區(qū)地質(zhì)勘查及測量，且測繪成果可靠、精度高，可為后續(xù)工作的開展提供有效的數(shù)據(jù)支持。

1 無人機測繪技術(shù)的介紹和特點

在復雜地形開展測繪時，無人機能完成人工難以勝任的工作，幾乎不受地形阻礙到達任何地點，并能長時間持續(xù)巡航測繪；無人機攝像系統(tǒng)保障了續(xù)航系統(tǒng)長時間懸停功能，能獲取清晰畫面，采用的地面導航系統(tǒng)能建立數(shù)據(jù)庫，通過規(guī)范航線可提高巡航準確性；能以應(yīng)急搶險監(jiān)測車輛為載體，處理跟蹤數(shù)據(jù)，并獨立完成控制與回收工作；運用高程信息數(shù)據(jù)，可使無人機在巡航過程中立即回傳所測數(shù)據(jù)，還能讓無人機進入自動追蹤狀態(tài)，不斷收集圖像與視頻信息。無人機自身具有無線傳輸能力，能實現(xiàn)遠程控制與數(shù)據(jù)傳輸，并對資料進行自動分類。

常用的無人機設(shè)備主要有固定翼與旋翼兩種，都可用于巡航測繪領(lǐng)域。固定翼無人機使用時必須地面開闊，便于起降，其抗風性能不佳，任務(wù)完成后需給續(xù)航系統(tǒng)充電才能繼續(xù)航飛。旋翼無人機需要對空開闊，一般垂直起降，具有平穩(wěn)姿態(tài)，能在空曠場地起飛，配備圖傳系統(tǒng)，能實時監(jiān)察攝像機收集的信息。

以往處理航拍資料的測量數(shù)據(jù)時，按照數(shù)據(jù)預處理→影像匹配→空三加密→數(shù)字地面模擬→生成正射影像的流程開展，技術(shù)成熟但效率較低。近年來，無人機攝影測量技術(shù)在地形圖測量中得到廣泛應(yīng)用，部分工程建設(shè)領(lǐng)域也對其進行了廣泛研究。無人機攝影測量技術(shù)特點如下：（1）采取航拍照片的方式獲取區(qū)域內(nèi)整體信息數(shù)據(jù)資料，能保證時效性與安全性，可大量采集數(shù)據(jù)；（2）現(xiàn)場作業(yè)相對較少，多角度、分辨率高，省時又省力；（3）能提供大范圍地形測量結(jié)果，具有實時性；（4）通過非接觸方式開展三維測量，適用于傳統(tǒng)測量技術(shù)較難進行或區(qū)域條件通行困難的工程測量。通過無人機設(shè)備拍攝并測量地理信息，只需3 人即可完成，航拍結(jié)束后對數(shù)據(jù)進行檢查，合格則對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理，無人機攝影測量系統(tǒng)作業(yè)流程如圖1 所示。無人機測繪數(shù)據(jù)處理技術(shù)可快速獲取野外影像數(shù)據(jù)，減少人力物力消耗，減輕野外環(huán)境作業(yè)強度，提高工作效率，確保測繪作業(yè)的準確性，在很多領(lǐng)域都有較高的應(yīng)用價值。

圖1 無人機攝影測量系統(tǒng)作業(yè)流程

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

無人機是借助無線電遙控設(shè)備和程序控制裝置的不載人飛機，無人機系統(tǒng)包括飛控、導航、動力與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。目前研究無人機系統(tǒng)的單位主要有天寶、擴普康、中海達和南方測繪等公司，以及大疆、Parrot、Asctesc 等硬件生產(chǎn)商，主要研究無人機飛控系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸和硬件集成等。目前，我國在這方面的研究較為成熟，后期可能會以行業(yè)應(yīng)用為導向，定向研發(fā)，如物流無人機、監(jiān)測無人機、植保無人機等，以應(yīng)對各類應(yīng)用場景對無人機姿態(tài)穩(wěn)定性、續(xù)航、避障等方面的不同需求。

無人機測繪數(shù)據(jù)處理是指利用控制點數(shù)據(jù)，處理無人機航飛數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生數(shù)字測繪產(chǎn)品。目前，我國是由航測軟件公司提供無人機測繪數(shù)據(jù)解決方案。與傳統(tǒng)人工測量技術(shù)相比，無人機的使用極大提高了測繪效率。隨著社會的不斷進步，測繪市場的需求逐步擴大，如何提高測繪效率和成果精度是無人機測繪行業(yè)未來研究的重要方向。

3 測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

3.1 RTK 和PPK 技術(shù)

為解決無人機航測像幅小造成刺點困難、工作量大等問題，無人機航測采用RTK 及PPK 技術(shù)，可大大減少外業(yè)像控點布設(shè)，減輕工作量。RTK 技術(shù)通過無線數(shù)據(jù)鏈得到GPS 定位，隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不斷完善與發(fā)展，其作業(yè)半徑大幅提升，將RTK 技術(shù)用于無人機系統(tǒng)，可明顯提高飛行定位和導航精度。PPK 技術(shù)可處理無人機測繪資料，利用載波相位記錄物體的運動狀態(tài)，受外界環(huán)境影響較小，作業(yè)范圍大，定位精度高[3]。一般RTK 受限區(qū)域亦可采用GPS 動態(tài)監(jiān)測，可以作為RTK 技術(shù)的補充。圖2、圖3、圖4 是借助DP-UAV 軟件對某地區(qū)航測數(shù)據(jù)進行處理后的成果，共1337 張像片，用時145min，自動生成135 萬物方點、正射影像與數(shù)字高程模型（DEM）。

圖2 彩色點云

圖3 DEM

圖4 正射影像

3.2 相機檢校技術(shù)

無人機飛控系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及導航系統(tǒng)技術(shù)難關(guān)突破后，售價顯著降低，市場上不少無人機設(shè)備全套價格不過萬元，偏高端設(shè)備價格也在可接受范圍內(nèi)，但主要缺乏物美價廉的測繪設(shè)備。目前，基本采用性能優(yōu)異的民用單反、微單相機代替[4]。但無人機裝載非專業(yè)測繪設(shè)備可能導致不可預知的錯誤，加上穩(wěn)定性欠佳，難以對像位直接解析計算。為確保測圖精準，需檢校相機，對其各畸變參數(shù)和內(nèi)方位元素進行求解。多像滅點檢校法、自檢校法等是常用相機檢校法，但還需更快捷簡單的相機標定方法和軟件。以往相機標定主要通過固定地點三位標定場進行，對場地選擇、布設(shè)要求較高；二維相機標定場在計算機視覺領(lǐng)域基礎(chǔ)上進行，精度有限。當下發(fā)展方向是通過特制標定板和相機標定軟件構(gòu)建三維標定場，借助標定軟件處理不同拍攝角度獲取的數(shù)據(jù)，從而取得相機參數(shù)。

3.3 空中三角測量技術(shù)

空中三角測量技術(shù)是無人機測繪數(shù)據(jù)的處理原理，使航拍像片同目標之間形成一定的空間幾何關(guān)系，再根據(jù)少量像片控制點計算像片外方位元素，已成為重要的數(shù)字測繪手段。與傳統(tǒng)航空測繪系統(tǒng)相比，無人機測繪系統(tǒng)重疊度與姿態(tài)均不穩(wěn)定。目前，主要采用GPS/IMU 配合空中三角測量，通常只用準備相機參數(shù)文件、原始影像、控制點文件和POS 數(shù)據(jù)就能自動空三解算，而人工參與的半自動絕對定向及成產(chǎn)成果輸出，可大大提高無人機測繪數(shù)據(jù)的處理效率。

4 無人機測繪數(shù)據(jù)應(yīng)用狀況

4.1 國土測繪

國土測繪是我國土地資源管理中的重要內(nèi)容之一，影響土地資源利用效率和我國基本國情。將無人機測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用到國土測繪中，借助無人機航拍功能收集土地資源數(shù)據(jù)，可讓有關(guān)部門快速準確掌握測區(qū)土地資源實際使用情況，有利于開展土地使用與覆蓋圖更新、特征信息分析、國土資源動態(tài)監(jiān)測和調(diào)查、土地利用動態(tài)圖監(jiān)測等工作。使用無人機測繪技術(shù)獲取的圖像分辨率高，利于工作人員開展區(qū)域規(guī)劃工作。此外，無人機測繪系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能可適用于國土資源管理中的動態(tài)監(jiān)測[5]。

4.2 災情救援

災情救援，時間勝于一切，在最短時間內(nèi)開展救援一定程度上能決定救災結(jié)果。在玉樹地震、汶川地震、茂縣山體滑坡等重大突發(fā)事件中，我國救援部隊快速反應(yīng)，在救援現(xiàn)場充分利用無人機測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品，憑借無人機機動性強、靈活性高等特點，及時快速收集各災區(qū)地段影像，獲取重要數(shù)據(jù)，提高救援效率，同時還有利于開展災區(qū)后期重建。

4.3 環(huán)境監(jiān)測

將無人機測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品運用到環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，能快速獲取所需航空影像，且分辨率較高。工作人員通過仔細分析影像，能有效監(jiān)測環(huán)境污染情況，特別是排污污染狀況。此外，還可以將無人機測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用到海洋監(jiān)測、濕地監(jiān)測、固體污染物監(jiān)測、植被生態(tài)監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域，充分借助無人機拍攝航空影像或處理視頻數(shù)據(jù)等功能，獲取所需數(shù)據(jù)。

5 實驗檢測

無人機飛行區(qū)域為6×4 平方公里，航高500m，采用Canon450D 相機，要求影像地面分辨率優(yōu)于0.2米，精度滿足1∶2000 比例尺要求。航測時天氣晴朗，共獲取1337 張影像、15 航帶?，F(xiàn)場布設(shè)控制點40 多個，通過RTK 進行測量，對無人機航測坐標與測量坐標進行對比，結(jié)果如表1 所示。

表1 控制點計算值和測量值差值

由表1 數(shù)據(jù)可知，經(jīng)DP-UAV 處理后，無人機攝影測量精確度高，能滿足一般1∶2000 比例尺工程測量和地形圖測量的基本要求。

6 結(jié)束語

與傳統(tǒng)人工測繪模式相比，無人機測繪具有成本低、全天候、實時性、效率快、精度高等優(yōu)點。但與傳統(tǒng)航空攝影測繪相比，無人機測繪也具有相機內(nèi)參數(shù)穩(wěn)定性差、鏡頭畸變、配套軟件滯后、像幅小等缺點，因此需要持續(xù)優(yōu)化與完善，以最大程度發(fā)揮無人機測繪數(shù)據(jù)處理技術(shù)的優(yōu)勢。