[關鍵詞]無人機航空攝影；測量技術；地形圖測繪；應用

引言

地形圖測繪是一項重要的工作，其對于土地規(guī)劃、資源管理和災害防治等方面具有重要的意義。傳統(tǒng)地形圖測繪方法通常采用地面測量和航空攝影測量兩種方式，但這些傳統(tǒng)方法存在各種問題，如成本高、時間長、數(shù)據(jù)質量低等。因此，尋找一種快速、高效、準確的地形圖測繪方法成為研究的熱點。而無人機航空攝影技術的出現(xiàn)，為地形圖測繪帶來了革命性的改變。無人機具有機動靈活、低成本、高效率的特點，能在短時間內獲取到精確的地形數(shù)據(jù)；搭載各種傳感器，如全景相機、激光雷達等，進一步提高數(shù)據(jù)的精度。目前，無人機航空攝影在地形圖測繪中的應用已經(jīng)取得很多成果，但仍然存在各種挑戰(zhàn)：如何提高無人機的自主飛行能力、如何處理大量的地形數(shù)據(jù)等。因此，未來的研究方向要著重解決這些問題，優(yōu)化無人機航空攝影技術在地形圖測繪中的應用。

一、無人機航空攝影的基本原理

無人機航空攝影是指利用無人機進行航拍攝影的一種技術。無人機航空攝影在近年來逐漸成為攝影愛好者和專業(yè)攝影師的新寵，其廣泛應用于旅游攝影、地理測繪、農業(yè)監(jiān)測等領域。無人機航空攝影的基本原理是通過搭載在無人機上的航拍設備進行空中拍攝，這些設備包括攝像頭、相機等傳感器，捕捉到高清晰度的照片。通過將無人機升空，從不同的角度和高度拍攝到地面上的景物，以獲得獨特的視角。同時，無人機航空攝影和飛行控制系統(tǒng)有直接關聯(lián)，該系統(tǒng)通過遙控器或預先設定的航線控制無人機的飛行軌跡。在飛行過程中，航拍設備會連續(xù)拍攝照片或錄制視頻，將飛行路徑上的景物記錄下來，無人機穩(wěn)定性也保證了拍攝照片的穩(wěn)定性。另外，無人機航空攝影還需要借助地面控制站。地面控制站是指用來監(jiān)控和控制無人機飛行的操作設備，通過地面控制站，操作者能觀察無人機的實時圖像和數(shù)據(jù)，以及調整飛行軌跡、高度、拍攝參數(shù)等。地面控制站的存在保證了無人機在飛行過程中的安全性，同時也提供了更好的控制手感。

二、無人機航空攝影在地形圖測繪中的應用優(yōu)勢

無人機航空攝影技術作為一種快速的測繪手段，在地形圖測繪領域得到了廣泛應用。相比傳統(tǒng)的地形測繪方法，無人機航空攝影具有以下三個明顯的應用優(yōu)勢。首先，提供高分辨率的影像數(shù)據(jù)。無人機搭載的高分辨率相機能捕捉到地面上微小的細節(jié)，從而在地形圖測繪中提供更加精確的數(shù)據(jù)，這對于需要進行精確測量和分析的工程項目來說至關重要，如城市規(guī)劃、道路設計、建筑施工等。與傳統(tǒng)航空攝影相比，無人機航空攝影能夠靈活調整飛行高度和拍攝角度，從而進一步提高影像的分辨率，為測繪工作提供更加準確的數(shù)據(jù)支持；其次，高效快捷的特點。傳統(tǒng)地形測繪方法需要耗費大量時間和人力資源，而且受制于地形條件和環(huán)境限制，相比之下，無人機航空攝影能夠在較短的時間內完成大面積的測繪工作。無人機可以在復雜的地形環(huán)境中自由飛行，并根據(jù)實際需要進行航線規(guī)劃和飛行控制，從而大大提高了測繪的效率。此外，無人機航空攝影還能通過自動化的數(shù)據(jù)處理流程，將航拍數(shù)據(jù)快速生成地形圖，并且可以隨時進行實時監(jiān)視和調整，提供即時的反饋；最后，無人機航空攝影具有較低的成本。傳統(tǒng)的地形測繪方法需要借助昂貴的航空器搭載專業(yè)設備進行測量，成本較高且不易操作。而無人機航空攝影技術相對成本較低，并且操作簡便；無人機可根據(jù)實際需求選擇不同的設備配置，從而滿足不同項目的要求。無人機的使用還可以減少人力投入和降低安全風險，提高工作效率。

三、地形圖測繪期間無人機航空攝影測量技術的應用

（一）無人機像控點布設

無人機像控點布設主要是通過在測繪區(qū)域內合理設置三個以上的控制點，以確保測繪結果的可靠性。在傳統(tǒng)測繪方法中，通常需要人工布設控制點，耗時耗力且成本較高，而無人機航空攝影測量技術則能通過無人機搭載的定位系統(tǒng)，對測繪區(qū)域內的地物進行拍攝，從而實現(xiàn)像控點的布設。在無人機像控點布設時，工作人員要根據(jù)測繪區(qū)域的大小和形狀，確定需要布設的控制點數(shù)量。一般來說，至少需要三個控制點，以確保測繪結果的精度和可靠性。選擇合適的地理位置和高程，將無人機放置在第一個控制點上，并進行地面標志物的拍攝，地面標志物可以是明顯的地物特征，如建筑物、道路交叉口等，也可以是通過鋪設測量標志物來實現(xiàn)。然后，將無人機移動到第二個控制點上，同樣對地面標志物進行拍攝和記錄。在移動過程中，要確保無人機的位置和高度與前一個控制點保持一致，以確保測繪結果的準確性。再將無人機移動到第三個控制點上，同樣對地面標志物進行拍攝。在完成第三個控制點的布設后，測繪區(qū)域內的所有控制點都已經(jīng)完成布設。通過以上步驟，無人機像控點布設完成后，通過數(shù)據(jù)處理軟件對所拍攝的影像進行處理，以獲取測繪區(qū)域的幾何信息和地形數(shù)據(jù)。

（二）空中三角測量技術

地形圖測繪是對地球表面地形特征進行詳細測量和繪制的過程，它在地貌分析、土地利用規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測等方面有著重要的應用價值。隨著科技的不斷發(fā)展，無人機航空攝影測量技術被廣泛應用于地形圖測繪期間的空中三角測量中，為地理信息系統(tǒng)和地形測繪工作帶來了革命性的變革。（1）地形測量。傳統(tǒng)地形測量需要耗費大量的人力物力，而無人機可以通過搭載高分辨率相機進行航拍，準確地捕捉地面特征，快速生成高分辨率的地圖。這大大提高了地圖制作的效率，同時也減少了人為誤差。（2）地貌分析。通過航拍獲取的圖像數(shù)據(jù)，可以進行地貌特征的提取和分析。例如，通過對地表河流、山脈、湖泊等地貌特征的測量，可以研究地球的地質演化過程，為地質災害預警和防治提供科學依據(jù)。（3）土地利用規(guī)劃。通過航拍獲取的高分辨率影像，對土地利用狀況進行調查和監(jiān)測。這對于城市規(guī)劃、農業(yè)發(fā)展、交通規(guī)劃等方面都具有重要意義。如通過無人機航拍獲取城市內部的空地利用情況，為城市規(guī)劃和土地資源管理提供科學依據(jù)。（4）環(huán)境監(jiān)測。通過航拍獲取的圖像數(shù)據(jù)，可以進行大氣污染、水質污染、植被覆蓋等環(huán)境指標的監(jiān)測和分析，這對于環(huán)境保護和生態(tài)恢復具有重要意義，幫助相關部門及時采取措施保護環(huán)境。

（三）數(shù)字線劃圖技術

地形圖測繪是研究地球表面特征和地理環(huán)境的重要手段，傳統(tǒng)的地形圖測繪方法包括地面測量、航空攝影測量和地面控制測量等。數(shù)字線劃圖技術是無人機航空攝影測量的重要應用，該技術通過對航拍圖像進行處理，將地表特征線條提取出來，形成數(shù)字化的線劃圖，用于制作地形圖。目前，數(shù)字線劃圖技術具有多種優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)的地面測量和航空攝影測量，無人機航拍的成本更低廉，操作更加靈活方便；無人機航拍可獲取較高分辨率的航拍圖像，從而提供更精確的地表特征信息：數(shù)字線劃圖技術還可通過對航拍圖像的處理，自動提取地表特征線條，大大降低了人工繪制地形圖的工作量。在實際應用中，數(shù)字線劃圖技術已經(jīng)取得顯著的成果。例如：在城市規(guī)劃和土地管理中，利用無人機航空攝影測量技術制作數(shù)字線劃圖，可以準確提取出建筑物、道路和水系等地表特征，為城市規(guī)劃和土地管理提供重要參考依據(jù)。此外，在自然災害監(jiān)測和預警中，數(shù)字線劃圖技術也可以快速獲取受災區(qū)域的地形信息，為救援和災后重建提供支持。

（四）DOM工藝技術

DOM（Digital Orthophoto Map）工藝技術是無人機航空攝影測量技術的重要組成部分，DOM工藝技術可將無人機拍攝的影像進行幾何校正和數(shù)字處理，生成無畸變、尺度統(tǒng)一、真實比例的正射影像。與傳統(tǒng)傾斜攝影相比，DOM工藝技術能有效地糾正地表的傾斜和高差，提高地形圖的可視化效果。在地形圖測繪期間，應用DOM工藝技術能在較短時間內獲取大量的地表影像數(shù)據(jù)，大幅度縮短地形圖的制作周期，提高工作效率。同時，DOM工藝技術生成的正射影像具有高精度和真實性，通過對影像進行幾何校正和數(shù)字處理，有效消除地表的傾斜和高差，使地形圖更加真實、準確。同時，DOM工藝技術還能夠統(tǒng)一影像的尺度，使地圖上的各個元素和特征具有相同的比例關系，便于使用者進行測量分析。無人機航空攝影測量技術可覆蓋廣泛的地域范圍，其具有良好的機動性和適應性，能在復雜的地形和環(huán)境條件下進行航行和拍攝。這使得無人機航空攝影測量技術能夠應用于山區(qū)、森林、湖泊等傳統(tǒng)測繪方法難以覆蓋的地區(qū)為地形圖測繪提供更全面的數(shù)據(jù)來源（如圖2所示）。

結語

綜上所述，隨著科技飛速發(fā)展，無人機航空攝影測量技術在測繪領域取得了顯著的進展。在地形圖測繪期間，無人機的應用大大提高了測繪效率，降低了人力成本，提高了測繪精度。無人機航空攝影測量技術在地形圖測繪期間的應用研究取得了豐碩的成果。無人機可以搭載多種傳感器，如高分辨率數(shù)碼相機、激光測距儀等，實現(xiàn)對地面的高精度測量；無人機具有靈活性強、操作簡便等特點，能夠適應復雜多變的測繪環(huán)境，提高了地形圖測繪的準確性和完整性；無人機可以實現(xiàn)大面積同步測量，減少了地面測量所需的時間，提高了工作效率。然而，無人機航空攝影測量技術在地形圖測繪期間的應用也面臨各種挑戰(zhàn)，無人機續(xù)航能力有限，需要頻繁更換電池，影響測繪效率。為應對這些挑戰(zhàn)，未來的研究應著重于提高無人機的續(xù)航能力，優(yōu)化飛行控制算法，減少風力對測量精度的影響。同時，還應致力于降低傳感器成本，提高無人機測繪的經(jīng)濟性。

基金項目：云南省教育廳科學研究基金項目資助“無人機航空攝影在地形圖測繪中的應用”（項目編號：2024J1842）。