无人机航空摄影测量技术在测绘中的应用

摘要

测绘工程作为一项专业性很强的工作，对相关工作人员有着较高要求，随着现代城市化建设进程日益加快，高层建筑数量快速增长，城市规划设计对整体发展作用也更加显著，而将无人机航空摄影测量技术应用其中，已成为我国现代测绘装备体系关键组成之一。本文重点阐明测绘工程领域无人机摄影测量技术应用范围，同时深入探究无人机应用优势与技术要点，借此提高无人机研究力度，优化传统测绘工程技术方法,力求发挥无人机优势。

　关键词：无人机航空摄影测量技术测绘工程应用技术

引言

随着现代城市化建设进程日益加快，高层建筑数量快速增长，城市规划设计对整体发展作用也更加显著，而将无人机航空摄影测量技术应用其中，已成为我国现代测绘装备体系关键组成之一。不但能增强国内测量技术实力，改善工作效率，而且能加快数字化媒体改革步伐，所以受到人们广泛关注和重视，相关研究越来越丰富。当前社会，计算机信息技术日新月异，给社会各个领域和行业带来了新的机遇和挑战。测绘工程作为一项专业性很强的工作，对相关工作人员有着较高要求。因此，必须要不断提高自身技术水平，才能保证测绘结果更加准确可靠。随着科技水平的提升，无人机逐渐被应用到各个领域中。在测绘工程施工中，要改变传统的测绘技术形式，充分利用无人机有效开展测绘工作，做到与时俱进，分析具体问题，确保测绘数据准确性，保证测绘项目质量。

　第1章无人机航空摄影测量技术

　　1.1无人机的概念

无人机（UAV）全称是无人驾驶飞机，主要利用无线电遥控机械装置与相关软件设备构成，在实践应用过程中，虽然能够采取人工操控模式，但一般无人值守。而由部分工程技术角度来看，无人驾驶直升机/飞艇等等均归属UAV范畴。迈入全新时代，人们逐渐意识到UAV航测技术重要性，通过学者、业内外人士不懈研究和探索，共同推动这项技术不断进步，数据收集方式也从过去仪器检测过渡到航空航天获取，并步入了一个崭新的发展阶段。

　1.2无人机航空摄影测量的测量原理

结合实践情况可知，它作为一项常常以摄影光束交点来确定地面点位测量技术，测量原理主要是按照地面固定地形、地貌、地物所确定三维坐标来判断其性质；实际摄影期间，测量数据可自动经接收机由计算机内生成，再由绘图系统自动处理，而得到需要的成图结果。

　1.3无人机航空摄影测量系统

现代无人机航空摄影测量系统通常由软件和硬件两大部分组成。硬件系统由无人机、机载和摄像机三部分组成。其中无人机具有体积小、重量轻等优点，因此被广泛用于航摄作业中。而机载设备则需要具备较高的精度才能完成整个测绘过程，所以一般使用多旋翼飞行器来搭载传感器进行空中拍摄。软件系统包括：航线规划软件、数据接收和预处理软件。该软件系统的主要任务是路线设计、远程路线监控、飞行控制、检查和处理。软件系统是无人机测量系统中不可缺少的一部分，它直接影响到整个系统的方向和准确程度。

　1.4无人机航空摄影测量技术的特点分析

随着时间慢慢推移，这项技术应用范围日益宽广，在许多领域发挥着重要作用，归根结底源于这项技术本身拥有如下特点：建筑测量精度高，相较卫星测绘用时更短，更高效、更灵活，可快速向用户反馈测量数据，相较其它测量技术成本更低，满足经济性要求。再者，无人机测绘应用非常普遍，各方面性能及综合能力均优于人工模式，可节省大量人工资源成本，同时消除人为因素引起的偏差错误，促使结果更准确。事实上，无人机测量系统既能单独作业，又能搭配卫星遥感、航空测绘、地面检测等一起应用，借此解决更多任务需求。由无人机航测技术层面可知，一般会选择低空场景下实施，不会给气候环境造成明显影响，场地条件标准较低，只用一个较平坦场地支持起降运动即可，尽可能消除应用阶段各种限制因素。此外与传统的测量方法相比，它不容易受到天气条件、地形地貌的影响，对地理环境要求较低；其自身拥有着良好的稳定性和机动性。它操作简单，升空时间不长，起降时间15分钟左右，可在测绘领域发挥重大作用，按实际情况可知，每日测量数十至数百平方千米航测数据。凭借无人机航空摄影测量阶段高效、准确采集地表信息能力，及其摄影系统彩色数字摄影与相机功能支持，可大幅提高采集准确性与灵活性，同时可创建三维正射影像图与可视化数据，上述优点也是工程领域不可忽视关键因素，对工程领域发展有着直接影响。不仅如此，无人机测绘技术综合能力极强，能够和航空测绘、卫星遥感搭配，高效、精准采集测量数据。相较卫星、人工测绘而言，能够更短时间内执行任务，同时让用户获得所需各项数据。

　　第2章无人机航空摄影测量技术在测绘工程中的应用

众所周知，测绘属于国家基础性行业之一，由地形图至铁路网，由公路网至网络地图，均能发现其身影。与此同时，其也是国防、林业、城市建设等领域至关重要工作之一，所得结果是否准确、有效，直接决定各领域发展水平。在我国经济快速发展的今天，测绘工程已经成为国民经济中不可缺少的组成部分，其重要性不言而喻。随着国家对地质资源开发力度的不断加大，测绘市场逐渐扩大。测绘企业如雨后春笋般涌现出来。测绘行业也是一个比较困难的行业，企业生存发展面临着重重考验，稍有不慎就会遭到市场淘汰。即便目前测绘仪器与软件升级更新越来越快，大量新技术层出不穷，可采取全站仪与RTK进行辅助作用，为实际任务处理提供重要支持，但依旧存在许多外业测量，也必须依靠脚步获取相关地形信息。

随着科学技术的飞速发展，无人机已经成为测绘测绘行业中的新宠。目前在国内各领域得到广泛应用和普及。本文以某地区为研究区，利用3D软件进行建模并建立数字正射影像图、DEM等地理数据。无人机测绘系统利用低空摄影方式采集高清数据，创建三维点云与模型，更快完成地理数据采集任务。凭借高效、低成本、高精度、灵活性特点，可解决测绘行业各种需求，尽可能降低野外测绘压力，社会经济效益非常显著。

2.1无人机在测绘领域中的应用

　　2.1.1土地确权

传统土地确权主要利用地面工程测绘地形图，或利用载人飞机航测绘制，不但成本投入很高，而且占用大量时间和精力，难以满足当今社会发展需求。相较之下，无人机航空摄影测量优势明显，譬如成本低、效率高、精度好、便捷自动化等等，加之飞行时间减少，且不需要人员参与，也不会受到地形条件等因素影响，可以保证测绘精度和速度。故而在集体土地登记确权发证阶段，已成为采集基础地形图数据关键技术。无人机能够采集大范围农村集体土地数据与影像，得到高精度地表三维信息，搭配侧视图能够尽快实现三维建模，绘制所需地形图，高效完成土地确权事务。

　2.1.2堆体测量

堆体测量适用于诸多领域，譬如火电厂，建筑工程施工阶段土堆计量，码头货物与粮仓粮堆估算等等，均有赖这项技术提供支持。根据技术发展现状来看，一般通过全站仪、CPG等设备来测量，相比早期人工皮尺测量方式取得了突破性进展，结果更为准确。但研究不会止步于此，当下人们提出了更先进方式：通过无人机测绘与建模。

测绘过程中能够预设航空路线、自动前往研究区域同时采集数据。之后无人机可以被引入由启飞应用企业自主研发GIS系统内。一键创建点云与三维模型数据，在实践应用阶段，能够测量各种不规则堆体面积，让工程规划与实践生产获得高精度数值依据。

　2.1.3城市管理规划

随着城市的不断发展和壮大，城市规模规模日益扩大，城市建设、规划管理、国土资源管理等基础基础地理信息资料都在城市基本地形地图中得到体现。如何科学规划城市发展，已成为社会高度关注的话题。要收集测绘数据，合理安排测绘数据，加快城市建设进程。它在城市规划、建设、运输、管理、社会和公共服务以及可持续发展研究等许多领域日益重要。因此，必须要加强城市大比例尺地形测图工作。但目前我国仍处于起步阶段，相关理论及实践还不够成熟，导致很多问题出现。如精度不高，效率低下等等。当下，无人机依托许多优势特征，给城市管理规划测绘技术研发指明了目标，并且开始用在大城市地形图航测中，能够及时、高效采集高精度影像信息，全面缓解人工测量压力。

2.2无人机在测绘工程中的应用优势

　　2.2.1具有较高的地形测量效率

地形测量是测绘工程中非常重要的一项工作。随着科学技术不断地进步，现代信息技术也被广泛地应用于各个行业领域当中。其中，无人机航测技术因其操作简单，成本低等优点受到了社会各界的关注。该技术已经成为当前主要的技术手段之一。技术人员需要到现场进行全面的勘查，充分了解测绘工程区域地质特征，不要盲目进行地形勘查工作，否则会影响最终勘查数据的准确性，也会对勘查工作造成一定的安全隐患。特别是在发生地质灾害的情况下，传统的测绘工作很不安全，很容易造成技术人员的安全事故。无人机的使用可以对地质灾害的各种数据进行全面的调查，并将收集到的数据实时反馈给有关救援人员，有利于保障人民群众的生命财产安全，改变传统的测绘工作，使其更加科学、合理、可靠，促进我国测绘事业的可持续发展。

　2.2.2具有较为广阔的测绘范围

无人机在测绘工程中的应用优势明显，相较传统测绘方法而言，测量范围更大。除此之外拥有操作便捷等特点，可显著降低工作压力。伴随科技研究不断进步，无人机被广泛应用到了多个领域之中。其中，测绘工程是我国国民经济建设的基础保障。因此必须要加强对其的重视程度。过去，测绘工程主要依靠测绘人员亲力亲为，调查范围较小，调查过程中出现的错误可能会给测量人员带来更大的压力。无人机的应用可以明显的扩大测量测量范围，加快人为测量的工作速度，提高工作效率。

2.2.3具有较好的成本节约效果

简而言之，可大幅节省测绘工程成本。无人机本身属于一项高新技术，其能够将图像信息快速传递至工作人员手中，提高工作效率。随着社会经济发展速度加快，人们对建筑工程质量要求越来越高，因此加强对无人机技术研究非常有必要。测绘工程不是简单的操作，具有一定的复杂性，必须高度重视，实行系统化管理。传统的测绘工作需要大量的资金投入，购买大量的测量仪器及相关设备，而技术人员无法远程操作，增加了资金成本，也给技术人员带来一定的压力，同时也面临着一定的安全风险。无人机在测绘工作中的应用，不需要技术人员现场视察，而是可以通过科学技术手段远程操作完成，无人机设备收集的数据可以在第一时间接收，不需要额外的仪器，大大降低了设备的测量和维修费用成本，有利于测绘工程的最大化。

2.2.4具有良好的联动性

在测绘工程测量中，技术人员在完成测量工作时，需要对收集到的相关数据进行及时的计数和处理，但在实际工作中，往往很难第一时间将数据上传到相关部门，造成地形测量的困难。通过使用无人机进行测量工作，可以将数据实时反馈给有关人员和相关部门。通过分析当前我国测绘技术现状，以及利用无人机进行地形图测图的优势，提出了基于无人机遥感平台的地形测绘新方法，并结合具体实例对其展开探讨，验证该方法的可行性及有效性。在一些技术人员无法接触到的情况下，无人机还可以获得准确的测量数据，确保测量数据的全面性，提高测量工作效率，为测绘工程的后续决策和运行奠定基础。

2.3无人机在测绘工程中应用的技术要点

　　2.3.1获取测绘影像资料

无人机在测绘工作中的使用，对测绘测绘人员有一定的要求。首先需要具备丰富的理论知识以及实践经验；其次还要熟练掌握各种操作流程和注意事项等，以保障航空摄影测量作业质量及效率。合理设计航拍航线，确定科学合理的飞行高度。对测绘人员而言，必须切实掌握待测区域情况，做到全方位测量，再按照所得数据合理规划飞行路线，让无人机正常飞行同时，有效维护测量精度。事实上也能试飞操作，采用恰当试验平台，按照试验结果做出优化调整，判断没有任何问题时，能够开始正式飞行作业。无人机实际测量阶段，幅值很小，相应偏角很大。因此，需要根据不同地形地貌以及地物特点来制定合适的航线和航迹。由于受外界环境干扰因素影响大，导致测区存在一些不稳定的问题，严重制约着无人机运行效率。为了更好地发挥无人机的测量作用，无人机可以从不同的角度进行操作，在做好后处理的同时，图像也要达到要求的处理标准。为了提高精度和效率，就需要采用适当技术提升航空拍摄质量。测绘影像的处理需要经过一系列的处理步骤，测绘影像的处理主要是以ORL数据为基础。通过对图像库的观测，发现在工程数据分析数据分析中可以考虑成像距离和光照条件。但是，由于一些成像相机像素、光照因素等因素不一致，因此，在测绘影像处理中需要规范图像处理，以解决图像定位问题。

　2.3.2测量分析恶劣环境

有的测绘工程难度较大，项目所在区域环境恶劣，如果使用传统的常规测绘方式就不能满足工程测绘的要求，就很难获得真实、完整的数据，这时使用无人机就可以实现有效的测图。无人机可以利用低空飞行模式进行全方位航拍，获取相应的数据信息，对其进行科学分析，为工程建设提供可靠的参考依据，确保测绘工程的顺利开展。同时，需要加强管理部门的重视程度，完善相关法律法规体系，制定科学合理的管理制度，以保证测绘工作的顺利进行。另外，要做好技术准备以及安全防护措施，确保工作人员的生命安全。严格规范作业流程。此外，应充分发挥现代科学技术作用，对无人机航拍数据进行智能化统计和分析。在恶劣的环境下，通过无人机取代人工方式，一方面能改善测绘效率，另一方面能保障人身安全，避免陷入恶劣、复杂作业环境。

　2.3.3采集测绘数据

为了保证图像识别中节点与主机之间的有效通信，需要利用图像识别技术的优势，促进相关数据的采集和聚集。图像识别应用可以有效实现互联网数据的共享与交互，因此需要应用基于图像识别设备的互联网技术来提高数据实时性。为了快速有效地收集和传输数据，对设备故障状态的及时判定和信息传输具有重要的意义。此外，在实际应用过程中要对数据传输环节加以重视。这样才可以保证数据采集与存储工作有序开展。当前无人机已经广泛应用于各个领域之中，且发挥着不可替代作用。因此必须加强研究力度。在测绘工程中，无人机可以收集两种数据。一是自动加密采集手段。这种采集方法是指对无人机设备、传感器等采集的数据进行保存，利用加密技术对储存器中的信息数据进行保护，充分发挥内部自我保护机制的作用，防止重要数据的丢失和泄漏。目前常用到两种方法：第一种为自动采集手段；第二种为人工采集手段。其中后者又分为两种形式。另外，只有具有内部权限的人才可以读取储存器中的数据，这有利于数据的安全性；二是手动采集手段。主要包括操作人员对计算机进行远程控制，根据测绘工程需要，有针对性地控制无人机的测量和拍照，从而获得准确的数据。

　2.3.4处理测量数据

由测绘工程来看，相较传统技术而言，无人机处理数据效率、精度更高，同时用于部分测绘工程中可以起到很好的效果。目前，我国大部分地区都已经开始使用无人机进行测量工作。有些地区，由于地形复杂等原因，使得无人机测绘工作受到一定限制，因此，必须采取有效措施解决这一问题。例如，在勘查矿山时，无人机可以对大面积区域进行勘查，以确保测量数据的完整性，为矿山开采提供决策指导，并利用获得的信息和数据改善矿山管理，确保矿山污染治理工作的顺利实施。控制无人机的飞行速度、无人机的测量范围是实现全面性的重要手段，同时要实时掌握矿山生态，并将收集到的信息第一时间反馈给勘测员，以便测绘人员制定科学的工程建设方针。目前，许多无人机都使用中幅面CCD作为测绘传感器的感光部位，因此，在必要的加固和相应的电力改装后，它可以作为数码相机使用，具有更稳定的摄影性能。但是，由于感光单位的非正方形因子、非正交性和畸变等原因，会造成相机的一些误差。为了解决这个问题，可以研制一种高性能数码装置来代替传统的数码相机，用相应的校正软件对测量结果进行校正，以保证测量结果的可靠性，同时相关数据的积累可以形成一种比较现实的修正方式，对解决测绘图像中的误差问题起到积极的作用。

结束语

总之，随着国内经济建设步伐不断加快，数据采集与质量标准愈发严格，诸多领域对航测技术需求也在快速增长。无人机航空摄影测量技术作为采集地理测绘数据切实可行技术手段，受国内诸多领域普遍关注，故而必须把这项技术和测绘工程充分融合，测绘工具必须同步发展，软件设计必须简洁明了。只有这样才能保证我们国家在今后的社会建设过程中少走些弯路，少犯一些错误，为我国社会主义现代化建设事业做出应有的贡献。同时，要在工作中不断提高自身综合素质能力，使各项工作能够以最好的状态开展起来，能够进入科学化、标准化的轨道，使我国航天摄影测量在今后的道路上走得更远、更顺利。

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　致谢

时光飞逝，岁月如梭。已经到了和大学生活要说再见的时候了。但是人生的征途即将开始。在这个特殊的时期以这种特殊的方式来为我的中学生涯画上一个句号，也是别样的感觉。在这场病毒战争中，国家拼尽全力、白衣天使与死神抢人，一幕幕的画面触动着我的心。在此感谢国家，感谢无私奉献的同胞们！

本论文是在导师的细心监督下完成的。导师学识渊博、专业知识高深，工作作风严肃、治学态度严谨，诲人不倦，严于律己、宽以待人的崇高师德，对我产生了不可忽视的影响。本次论文从题目的选定到顺利完成，每一步都是在导师的细心监督和指导下完成的，倾注了导师大量的心血。

在此，谨向老师表示至高无上的谢意和感恩！在写论文的过程中，遇到了很多难题，包括格式上的不正确，以及语言逻辑上的错误，都得到老师非常细致的指出，这才让问题得到解决。所以在这毕业之际，在此对老师道一声：老师，谢谢您！您辛苦了！感谢所有授我以业的老师，没有这些年的专业知识和科学的积累，我不会有这么大的动力和信心完成这篇论文。最后再强调一下，我要诚恳地感谢老师对我做人的原则上做出教导，告诉我做事前先做人的道理。

最后，向百忙之中抽出时间对我论文审阅的老师再次表示感谢与敬意！