浅析无人机航测在国土资源测绘中的应用

摘要：无人机航测是对传统航空摄影测量、摄影测量与遥感等测绘手段的有力补充，具有机动灵活、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向，在基础测绘、土地利用动态监测、智慧城市建设等方面具有广阔前景。相比传统测量，无人机航测作业成本更低、效率更高、时效性更强，深受测绘行业的欢迎，在国土资源测绘中应用也越来越广泛。

Abstract： UAV aerial survey is a powerful supplement to traditional aerial photogrammetry， photogrammetry， remote sensing and other surveying and mapping methods. It has the characteristics of flexible maneuverability， low operating cost， wide application range and short production cycle and it has obvious advantages in fast acquisition of high-resolution images in small areas and difficult-to-flight areas. The combination of drones and aerial photogrammetry makes "UAV digital low-altitude remote sensing" become a new development direction in the field of aerial remote sensing， which has broad prospects in basic surveying and mapping， land use dynamic monitoring and smart city construction. Compared with traditional surveys， UAV aerial survey is more economic， more efficient and more time-sensitive， so it is well received by the surveying and mapping industry and is increasingly used in land and resources surveying and mapping.

关键词：无人机航测;国土资源;测绘;应用

Key words： UAV aerial survey;land resources;surveying and mapping;application

中图分类号：P231                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0236-02

0  引言

无人机航测是指采用多旋翼、固定翼的无人飞行器平台，搭载单镜头、多镜头的相机传感器，以及小型机载雷达等，进行无人机测量的一种先进测绘技术手段。无人机航测系统由无人机载体、飞行控制系统、影像获取设备、数传系统、图传系统、地面接收终端、数字摄影测量工作站和地面遥控装置组成。在数据采集阶段影像曝光的瞬间，飞行控制系统采集了像主点曝光瞬间的位置信息、姿态信息、影像参数等;将这些信息通过数传系统和图传系统传输给地面设备;飞行完成后利用影像数据预处理检查数据的准确性和完整性，对不符合要求的数据实施补飞或重飞。

1  无人机航空摄影测量技术

无人机航测系统又称为无人机驾驶航空器系统。在无人机航空摄影测量之前，有必要了解一下其基本技術指标和要求：①获取能用于立体测量的真彩色数字影像;②按0.1m地面分辨率进行飞行设计，获得的影像满足1：1000比例尺的DLG、DEM和DOM的成图精度要求;③配置高精度动态GPS接收机，通过后差分技术计算得到机载GPS轨迹;④航向重叠度是60～80%，旁向重叠度是15～60%;本项目用的无人机是成都纵横大鹏无人机科技有限公司生产的大鹏无人机（型号为CW-10SONYA7R相机一套）和2台大疆PHANTOM4RTK无人机。该无人机外业工作流程为图1。

2  无人机航测在国土资源测绘中的主要应用

2.1 无人机航测在国家各专业职能部门中的广泛应用

如，供电局可以进行无人机线路巡检，大大提高了工作效率;交通局可以通过无人机实时调动，结合空间地理信息基础测绘数据，实时监控道路状况;农业局可以通过无人机的航线规划，对大面积的农作物进行喷洒农药，可有效预防各种大面积的病虫害;水利局通过专业无人机进行航测，可及时对江河航道进行勘察，有效监测各种地质灾害等;国土自然资源方面通过无人机航测，可进行各种地质灾害勘查的实时监测，有效及时地应对各种自然灾害等。

2.2 正射影像图（DOM）生成

Pix4Dmapper是瑞士Pix4D公司生产的全自动快速无人机数据处理软件，它可以将很多张影像快速制作成精确的二维地图和三维模型，Pix4Dmapper能从航拍片中快速获取点云数据，并且进行后期的加工处理，获得高精度的正射影像图用于水利工程中的河湖管理。Pix4Dmapper生成正射影像图的过程是：①先导入照片和pos进行快速拼接，快速拼接的质量报告可以查看外业飞行数据的质量;②导入控制点进行空三加密;③选择初始化处理进行平差，结果可以查看控制点精度是否满足规范要求;④选择接下来的两个选项：点云和纹理以及DSM、正射影像和指数，最终生成DSM和DOM。后期可以将DSM与DOM导入到EPS中进行裸眼画图。

2.3 城市低空无人机航测精度控制分析

随着近年来无人机技术的成熟和发展，低空无人机越来越广泛的应用在航测、摄影、巡检等多个领域，极大的增强了工作效率，为社会提供了新的系统解决方式。因此，航测也是随着低空无人机发展兴起的一门学科，即通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术，称为遥感科学。简单说就是利用无人机对地面地形和相关的设备设施进行精确的定位和建模。所以在航测过程中，精度的控制影响着最后成像的效果，建模的准确度，好的成像和建模能够有效的指导实际的工作。

2.4 补测操作的应用

应用无人机航测技术对地测展开测量，需要相关人员对测量盲点引起重视，对测量区域进行充分的考虑，然后根据区域位置科学的进行设计。为了让盲区测量数据不会出现任何遗漏，就需要反复对比无人机航测技术所获得的地测数据，一旦发现遗漏就要进行补测，只有这样才能提高地测的质量和完善地测数据。除此之外，要想更好的处理测量误差和降低误差的出现，就要预订参数和操作模式，这样才能提高地测工作质量，让无人机航测技术有效应用。

2.5 DOM工艺的应用

DOM主要是把无人机航拍回来的数字化图片和不同阶段的影像进行样本采集，然后纠正其他影像因素而产生的失真问题，使得这些正射影像图能够更标准。具体操作就是无人机通过低空拍摄对信息数据进行相关收集，在完成这个步骤后，就要展开相应的定向操作，而一般情况下，定向操作主要分为三种，即内定向、相对、绝对定向，通过这三种方式来纠正数据和镶嵌影像，最后在进行检查，从而形成DOM成果。

2.6 可靠性分析

项目采用无人机航测技术，通过影像镶嵌和裁切对DOM进行分块;再根据分好的DOM和DEM数据对航空摄影数据进行栅格数据的矢量化。通过实测对比检查可知，利用该方法生产的地形图精度符合1∶1000比例尺地形图测图要求，地物地貌特征与实地一致，比传统地形图测量手段获取了更多的细部点。除了效率有極大提高外，该方法还得到了测区的DOM和DEM，更加有利于项目后期的规划设计工作，受到了业主的好评。

3  基于FullResolution方法的影像匹配

全数字摄影测量的基础是影像匹配。众所周知，影像都有灰度值，先将影像各点的灰度值转换为整数;再对相片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分;然后每隔一个间隔获取一个点的灰度值进行准确采样，对实际连续函数模型进行离散化量测;最后利用数字影像内定向确定地面坐标系与相片坐标系的关系。无人机采用最小二乘匹配算法，利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像匹配。利用法方程式系数矩阵的逆矩阵求得其精度指标，再引入变换参数作为待定值，一同纳入到最小二乘解算中，使匹配可达1/10像素的精度（子像素精度）。天宝无人机航测系统采用UASMaster软件进行数据后处理，采样点方面用FullResolution（1/10像素精度）模式可改善精度指标。精细分割像素增加了提点数量，虽然耗时长但精度提高了一倍。

4  硬件系统的配合，提升测绘精度

无人机巡航速度的选择，低空无人机的速度越大，震动越大，对航测精度的影响也就越大，但是在实际的操作过程中，最重要的是巡航的安全，所以巡航速度需控制在最安全的巡航速度，而不是越小越好，然后通过提高快门速度来降低在巡航中震动以及便宜的影响。实际航测过程中，尽量选择快门速度大于1/1000秒，以减少低空无人机震动带来的影响，同时能减小无人机因为巡航速度带来的位移偏差。另外，快门速度也需根据实际航测时地面的分辨率进行调整，如果地面分辨率在0.05米，巡航速度在25米每秒，这时需选择1/1000的快门速度，其余的要根据实际情况进行测算。

5  结语

总之，无人机具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等优点。无人机与航空摄影测量的结合，使得无人机数字低空航空摄影测量成为大比例尺航测流行的技术解决方案。数字航空摄影测量通过算法的改进可有效提高影像匹配和模型连接的精度，为后期DOM制作提供了几何精度更高、效果更清晰、地理信息更完整的模型数据。传统地形测量需要投入大量人员，耗时长、效率低，且由于其对作业员经验的要求较高，经验少的作业员在地形外业测量时容易漏测，成果整理时容易记录不完整。无人机航测可实现全覆盖采集、数字化成图，既保证了质量，又能大幅提高效率，优势明显。随着无人机航测技术的不断进步，续航能力、飞行精度和稳定性、智能规划航线和开发专题应用软件等技术的提高，将进一步提高无人机航测的精度，并能在交互式巡查、智能化抓取、动态检测等领域不断延伸和扩展。无人机航测在民用领域中、国家各专业职能部门国土自然资源测绘等多方面得到了广泛应用。在未来，无人机航测在自然资源测绘中的应用会更加深入、更加全面，会创造更大的社会效益和经济价值。

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作者简介：殷行（1985-），男，黑龙江鸡西人，中级职称，研究方向为航测。