【摘要】隨著科技的進(jìn)步和無人機(jī)技術(shù)的成熟，無人機(jī)攝影測量技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。傳統(tǒng)的測繪方法存在著工作效率低、成本高以及安全風(fēng)險等問題，而無人機(jī)攝影測量技術(shù)能夠通過遙感影像獲取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高精度的地理信息和測繪數(shù)據(jù)的獲取，為工程設(shè)計和規(guī)劃提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。因此，探索和研究無人機(jī)攝影測量技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；攝影；測量技術(shù)；測繪工程

【中圖分類號】TU17" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2023）24-0157-03

0 引言

地形的測繪是測繪工程中的重要內(nèi)容之一，它可以通過無人機(jī)攝影測量技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。地形測繪是指對地球表面特征進(jìn)行測量，并制作出地形圖或數(shù)字地形模型，以獲取地形信息、地貌特征和地形變化等數(shù)據(jù)。地形測繪在許多領(lǐng)域中都具有重要應(yīng)用價值，如城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)及災(zāi)害防范等。

1 無人機(jī)攝影測量技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用意義

首先，無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以通過航空攝影測量的方式獲取高分辨率的地形影像。通過無人機(jī)搭載攝影測量設(shè)備，沿著設(shè)計好的航線進(jìn)行航拍，可以獲得連續(xù)、重疊的影像，然后通過圖像處理技術(shù)將這些影像拼接成一個完整的無人機(jī)遙感影像，從而實(shí)現(xiàn)地形的測繪。這種方法相比于傳統(tǒng)的地面測量方法具有成本低、效率高、安全性好等優(yōu)勢[1]。

其次，無人機(jī)攝影測量技術(shù)還可以通過遙感影像進(jìn)行三維地形建模。通過對無人機(jī)遙感影像進(jìn)行處理，可以獲取地表特征的三維坐標(biāo)和形狀信息，從而實(shí)現(xiàn)地形的精確測量。無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以根據(jù)不同地物的高程信息，對地形進(jìn)行幾何建模，包括點(diǎn)云、三角網(wǎng)模型和數(shù)字高程模型等。這些建模方法可以提供高度準(zhǔn)確的地形信息，為地形分析和地形變化監(jiān)測等提供強(qiáng)有力的支持[2]。

最后，無人機(jī)攝影測量技術(shù)還可應(yīng)用于地表變形監(jiān)測與分析。通過無人機(jī)的定期航拍，可以獲取不同時間點(diǎn)的空間影像，從而實(shí)現(xiàn)地表變形的監(jiān)測和分析。無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以通過對同一地區(qū)的遙感影像進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)地表的形變信息，如地質(zhì)災(zāi)害、山體滑坡、河道漫灘等，為工程設(shè)計和規(guī)劃提供重要參考[3]。

2 無人機(jī)航空攝影的特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 特點(diǎn)

①視角獨(dú)特：無人機(jī)可以飛行到傳統(tǒng)攝影器材無法到達(dá)的高空或狹小空間，從而拍攝到獨(dú)特的視角和畫面。②靈活多變：無人機(jī)具有飛行穩(wěn)定、懸停、快速轉(zhuǎn)向等特點(diǎn)，可以根據(jù)需要快速調(diào)整拍攝位置和角度，滿足不同拍攝需求。③高清晰度：隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前無人機(jī)攝像頭的像素和拍攝質(zhì)量不斷提高，可以拍攝到高清晰度的照片和視頻。④經(jīng)濟(jì)高效：相比傳統(tǒng)航空攝影，無人機(jī)航空攝影成本較低，操作簡便，可以快速實(shí)現(xiàn)航拍需求，節(jié)約時間和人力成本[4]。

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)航空攝影已經(jīng)廣泛應(yīng)用于旅游、房地產(chǎn)、地理勘測、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。由于無人機(jī)航拍存在飛行安全和隱私保護(hù)等問題，各國紛紛出臺相關(guān)法規(guī)進(jìn)行規(guī)范管理。例如，美國FAA對商業(yè)用途的無人機(jī)需要取得特殊飛行許可證；中國出臺了無人機(jī)注冊和飛行許可制度等。無人機(jī)技術(shù)在不斷創(chuàng)新，不僅在飛行穩(wěn)定性、操控性方面有所提高，同時也在夜景拍攝、光學(xué)變焦等方面獲得了突破[5]。此外，無人機(jī)與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的結(jié)合也為航拍提供了更多的可能性。隨著無人機(jī)航拍市場的逐漸擴(kuò)大，競爭也日益加劇。無人機(jī)航拍服務(wù)商之間的競爭主要體現(xiàn)在服務(wù)質(zhì)量、價格差異、創(chuàng)新技術(shù)等方面。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系正逐步建立，以便進(jìn)一步規(guī)范市場秩序。盡管如此，無人機(jī)航空攝影依然面臨著飛行安全、隱私保護(hù)、電池續(xù)航等技術(shù)難題。同時，各國政府加強(qiáng)對無人機(jī)飛行的監(jiān)管、權(quán)益保護(hù)、法律風(fēng)險等問題亟待解決。

3 無人機(jī)攝影測量技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用

3.1 選擇合適的像控點(diǎn)

在無人機(jī)的圖像拍攝過程中，控制點(diǎn)的選擇是非常重要的，它能夠有效提高測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度?？刂泣c(diǎn)是指在圖像中選取的具有已知坐標(biāo)的地物點(diǎn)，通過這些點(diǎn)與圖像上對應(yīng)點(diǎn)的匹配，可以實(shí)現(xiàn)圖像的定位和精確測量。在選擇控制點(diǎn)時，一般應(yīng)盡量設(shè)置在靠近無人機(jī)運(yùn)行路徑的周邊，這樣可以確?？刂泣c(diǎn)在圖像范圍內(nèi)，并且有足夠的重合度來實(shí)現(xiàn)匹配。同時，控制點(diǎn)與側(cè)面間也需要保持一定的合理距離，以避免控制點(diǎn)之間存在過大的距離，導(dǎo)致匹配不準(zhǔn)確[6]。目前，國內(nèi)無人機(jī)攝影測量技術(shù)最常用的控制點(diǎn)確認(rèn)方案是四角法和八點(diǎn)法。四角法是通過選擇圖像中四個角點(diǎn)并與其地面位置相對應(yīng)的控制點(diǎn)，通過這些點(diǎn)的匹配確定圖像的外方位元素和內(nèi)方位元素。八點(diǎn)法是在四角法的基礎(chǔ)上，再添加額外的四個控制點(diǎn)，通過這些點(diǎn)的匹配可以進(jìn)一步提高定位的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行控制點(diǎn)選擇時，還應(yīng)盡量選擇在地形較為平坦的區(qū)域。地形平坦的區(qū)域?qū)τ跍y量和匹配過程更有利，可以減少因地形起伏和陰影等因素導(dǎo)致的測量誤差。此外，選擇地形平坦的區(qū)域還可以減少影像控制點(diǎn)與地物點(diǎn)之間的高差，提高測繪結(jié)果的精度。需要注意的是，在選擇控制點(diǎn)時，必須確保這些點(diǎn)的坐標(biāo)是已知的，并且具有高準(zhǔn)確度。一般情況下，可以通過全球定位系統(tǒng)（GPS）或者其他測量方法來獲取控制點(diǎn)的坐標(biāo)。確保控制點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確性是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)攝影測量結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)[7]。

3.2 做好航線的規(guī)劃

對于負(fù)責(zé)測量的技術(shù)人員來說，航線的選擇是非常重要的，它直接關(guān)系到所獲取的測繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。以下是幾個關(guān)鍵點(diǎn)，技術(shù)人員在選擇航線時需要考慮。首先，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)具體的工程項(xiàng)目需求選擇合適的航線。不同的項(xiàng)目有不同的要求，比如某些項(xiàng)目需要測量細(xì)節(jié)精確度較高的地形數(shù)據(jù)，而另一些項(xiàng)目可能更關(guān)注地形的總體形態(tài)。針對不同的需求，技術(shù)人員需要調(diào)整航線的設(shè)置，以確保所獲取的數(shù)據(jù)能夠滿足項(xiàng)目需求。其次，技術(shù)人員在航線選擇時應(yīng)盡量選擇飛行速度較快、圖像拍攝清晰的航線?？焖俚娘w行速度可以大大提高測繪效率，減少飛行時間和成本。而清晰的圖像可以提供更準(zhǔn)確的地形信息，避免測繪數(shù)據(jù)中的模糊或失真等問題。技術(shù)人員還應(yīng)盡量避開各種復(fù)雜的特殊地形。特殊地形如高山、峽谷、建筑群等會對無人機(jī)的飛行造成一定的挑戰(zhàn)，容易引起飛行事故或干擾圖像拍攝。因此，在航線選擇時，技術(shù)人員需要充分了解目標(biāo)區(qū)域的地形情況，并避開這些復(fù)雜區(qū)域[8]。最后，技術(shù)人員在進(jìn)行航線拍攝時，需要控制好無人機(jī)的飛行高度。飛行高度過高或過低，都會對測繪圖像的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。過高的飛行高度會導(dǎo)致圖像分辨率不夠高，細(xì)節(jié)信息丟失；而過低的飛行高度會導(dǎo)致圖像重疊度不足，無法保證拍攝到足夠的數(shù)據(jù)。因此，技術(shù)人員需要根據(jù)具體項(xiàng)目的需求和無人機(jī)的性能，確定合適的飛行高度。在進(jìn)行航線選擇時，技術(shù)人員還應(yīng)考慮無人機(jī)的飛行安全，確保其在飛行過程中不會對人或財產(chǎn)造成危害。同時，也要確保航線選擇的合理性和可行性，充分利用現(xiàn)有設(shè)備和資源，以提高測繪工作的效率和成果的質(zhì)量。

為了確保無人機(jī)在進(jìn)行圖像拍攝的過程中，不會出現(xiàn)區(qū)域之間偏差過大的情況，技術(shù)人員需要控制好每次拍攝圖像的范圍。一種常用的方法是保證每張圖像能夠占據(jù)總體區(qū)域的1/8，即保持圖像之間的重疊度為1/8。通過這樣的設(shè)置，可以保證后續(xù)的測繪工作可以得到較好的結(jié)果。除了控制圖像的范圍，技術(shù)人員在實(shí)際拍攝的過程中還應(yīng)充分考慮目標(biāo)區(qū)域的地表狀況。一般來說，表面植被覆蓋較少的地形區(qū)更適合進(jìn)行拍攝。因?yàn)橹脖惠^少的區(qū)域可以提供更清晰的地表信息，避免植被對地形數(shù)據(jù)的影響。對于有大量植被覆蓋的地區(qū)，技術(shù)人員可以選擇采用其他測繪方法，如激光雷達(dá)測繪，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外，在選擇拍攝區(qū)域時，技術(shù)人員還應(yīng)盡量避免惡劣條件下的拍攝。例如，強(qiáng)風(fēng)、雨雪天氣或者太陽高照導(dǎo)致的光照不均等不良天氣條件都會對圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。在這些條件下拍攝的圖像可能模糊、失真或者無法提供足夠的信息。因此，選擇拍攝時應(yīng)盡量避免這些惡劣條件，以保證圖像的分辨率和準(zhǔn)確性。在實(shí)際拍攝的過程中，技術(shù)人員還應(yīng)考慮無人機(jī)的飛行路徑和高度。為了確保圖像能夠覆蓋整個目標(biāo)區(qū)域，技術(shù)人員可以選擇合適的航線，并結(jié)合無人機(jī)的飛行高度進(jìn)行規(guī)劃。通常情況下，無人機(jī)的飛行高度應(yīng)根據(jù)拍攝目標(biāo)的大小和要求進(jìn)行調(diào)整。飛行高度過低可能導(dǎo)致圖像重疊度不足，無法提供足夠的數(shù)據(jù)，而飛行高度過高會導(dǎo)致圖像分辨率不夠高，細(xì)節(jié)信息丟失。因此，在實(shí)際拍攝時，技術(shù)人員需要根據(jù)具體項(xiàng)目需求和無人機(jī)性能確定合適的飛行高度。

3.3 進(jìn)行補(bǔ)充測量

在實(shí)際應(yīng)用中，雖然無人機(jī)在測量過程中可以獲取大量數(shù)據(jù)，但仍然存在一些情況下的測量盲區(qū)。這些測量盲區(qū)可能是由于地形、遮擋物、設(shè)備限制等因素引起的。針對這些情況，技術(shù)人員需要在拍攝過程中采取補(bǔ)充措施，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。技術(shù)人員可以采用補(bǔ)充拍攝測量的方式來填補(bǔ)測量盲區(qū)。一種常見的方法是通過改變無人機(jī)的飛行路徑和拍攝角度，盡可能覆蓋盲區(qū)，并多次進(jìn)行拍攝。通過這種方式，可以獲取更多的測量數(shù)據(jù)，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。技術(shù)人員還可以將補(bǔ)充拍攝測量的結(jié)果與原有的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。這一步驟需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，將兩個數(shù)據(jù)集進(jìn)行校對，確保數(shù)據(jù)的一致性。然后，可以使用配準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的測量分析和處理。但是，有時候補(bǔ)充拍攝測量可能無法完全解決測量盲區(qū)的問題。在這種情況下，技術(shù)人員可以選擇通過人工測量的方式進(jìn)行補(bǔ)充測量活動。例如，在測量盲區(qū)無法通過無人機(jī)拍攝獲取數(shù)據(jù)時，可以派遣測量人員進(jìn)行現(xiàn)場測量。人工測量可以使用傳統(tǒng)的測量儀器，如全站儀、測距儀等，來獲取準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。這些人工測量數(shù)據(jù)與無人機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，可以得到更全面和準(zhǔn)確的測量結(jié)果。在進(jìn)行補(bǔ)充測量活動時，技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法和工具。同時，還要考慮到測量成本、工作量和時間等因素，以達(dá)到在有限資源條件下獲得最佳的測量結(jié)果。

3.4 做好三角測量

在某些特殊區(qū)域進(jìn)行測繪時，如建筑工地、山區(qū)、森林等，常規(guī)無人機(jī)拍攝測量往往受到地形、遮擋物等因素的限制，無法獲取足夠準(zhǔn)確的測繪數(shù)據(jù)。此時，采用三角測量的方式能夠克服這些限制，提供更準(zhǔn)確的測繪結(jié)果。三角測量是一種基于幾何學(xué)原理的測量方法，通過測量三角形的邊長和角度來計算未知點(diǎn)的位置。在使用無人機(jī)進(jìn)行測繪時，需要結(jié)合GPS系統(tǒng)來進(jìn)行三角測量。首先，通過GPS系統(tǒng)獲取無人機(jī)的位置信息，并將位置信息與傳感器測量數(shù)據(jù)相結(jié)合，得到標(biāo)注點(diǎn)的坐標(biāo)。其次，利用無人機(jī)拍攝的測量圖像，通過圖像處理和計算機(jī)視覺技術(shù)提取特征點(diǎn)的坐標(biāo)。最后，利用三角測量原理，將這些特征點(diǎn)與標(biāo)注點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行三角測量計算，得到其他未知點(diǎn)的位置。

通過三角測量的手段完成測量，可以在以下情況下得到更準(zhǔn)確的測繪數(shù)據(jù)：

（1）特殊地形。無人機(jī)常規(guī)測量受到地形的限制，例如在建筑工地、山區(qū)、森林等復(fù)雜地形中無法獲取準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。通過三角測量，可以通過計算未知點(diǎn)的位置，提供準(zhǔn)確的測繪數(shù)據(jù)。

（2）遮擋物。在某些地方，如建筑工地、城市街區(qū)，存在較高的建筑物、樹木等遮擋物，影響無人機(jī)的航行和拍攝視角。通過三角測量，可以忽略這些遮擋物，通過計算未知點(diǎn)的位置，得到準(zhǔn)確測繪數(shù)據(jù)。

（3）測繪需求復(fù)雜。在一些復(fù)雜的測繪需求中，常規(guī)無人機(jī)的拍攝和測量無法滿足準(zhǔn)確性和精度要求[9]。通過三角測量，可以結(jié)合無人機(jī)測量技術(shù)、GPS系統(tǒng)和地面人工測量儀器的測量結(jié)果，提供更準(zhǔn)確和全面的測繪數(shù)據(jù)。通過三角測量的方式完成測量，可以提供更準(zhǔn)確、全面的測繪數(shù)據(jù)，滿足特殊區(qū)域的實(shí)際需要。然而，進(jìn)行三角測量需要對測量原理和技術(shù)有一定的理解和掌握，同時需要的設(shè)備和技術(shù)支持也較高。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要提供專業(yè)的測量人員和技術(shù)支持，以確保測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 結(jié)語

文章通過研究和分析無人機(jī)攝影測量技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢和潛力。無人機(jī)攝影測量技術(shù)能夠高效、準(zhǔn)確地獲取地理信息和測繪數(shù)據(jù)，提高工程設(shè)計和規(guī)劃的精度和效率。但同時也需注意隨之而來的數(shù)據(jù)處理和分析的復(fù)雜性，以及在實(shí)踐中可能遇到的技術(shù)和法規(guī)方面的問題。因此，未來的研究和實(shí)踐應(yīng)該進(jìn)一步深入，以充分挖掘無人機(jī)攝影測量技術(shù)在測繪工程中的潛力，并解決技術(shù)和應(yīng)用中的挑戰(zhàn)。

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[作者簡介]梁雅琦（1981—），男，山西洪洞人，本科，工程師，研究方向：測繪測量。