郭 琦，游绍彦，王宝光，李亚楠

（长治职业技术学院 山西 长治 046000）

0 引言

无人机摄影测绘、遥感等新技术已被广泛地应用于地理信息、灾害监测和测绘等领域。在工程测绘中，利用航测技术可以克服传统的地形、天气、人为因素等问题。在复杂的矿山、铁路、山区等环境条件下，可以减少地形图测绘的误差，提高精度和工作效率。由于航空摄影技术在地形图上的应用日益普遍，因此，在工程施工中，测绘人员必须具备专门的测绘技术，对数据进行分析和处理，确保所获取的数据能够真实地反映出该地区的整体状况，减少环境因素对地形图数据采集的影响，保证无人机技术的科学性和有效性。

1 无人机测绘技术的影响因素分析

1.1 航线规划

无人机的飞行高度可以保持很好地稳定，但是在某些特定的区域，高度就会变得很低，这就导致了地面的分辨率会变得很低。如果测量范围内的海拔超过了一定的标准，那么画面就会变得很模糊，这就导致了飞行路线的设计必须要考虑到地形，才能精确地计算出无人机的飞行高度。

（1）对于工程测绘任务所在地区的边界进行明确，尤其是一些地形复杂度较高的地区，如林木密集地区、丘陵地区等，也需要注意边界校核工作，这也是顺利完成航线规划的基础保障。

（2）开展工程测绘工作时，还需要扩大数据采集范围，这样能够有效避免影像变量过大的问题，提升数据整理结果的有效性。例如，找出工程测绘区域内的中心位置，以中心点和边界之间的距离作为航测半径，在此基础上扩大10%～30%，提升测绘结果的精准度。

（3）根据工程测绘地区的复杂性，确定该区域航测时需要重点关注的内容，加大航测过程的记录工作，为航测体系的持续优化奠定基础。

1.2 像控点设计

通常情况下，会借助RTK 技术、航摄像控点的分布设GPS 网，而航摄像控点的基准点，需要多次进行校核，以确保定位结果的准确性。而且所在位置，也需要满足易于测绘、易于引测、不易破坏等要求，从而提升布置内容的合理性[1]。

1.3 航测参数设计

（1）在同向上进行飞行的无人机，同向重合率需要超过60%，而旁向上进行飞行的无人机，旁向重合率需要超过30%。

（2）在航测过程中，要做好航测高度和速度控制，例如在倾斜方向进行测绘时，无人机的飞行高度必须在180 m 以上，无人机的速度必须保持在6～8 m/s 之间，同向重合率必须在80%以上，旁向重合率必须在50%以上。

1.4 测绘结果生成

完成上述工作内容后，就开始整理测绘成果，工程测绘成果大多采用专题图，如交通图、总平面图、功能分区图等，同时还采用地形图、数据整理表格、监测数据趋势图等，提高数据整理的直观性。以地形图整理过程为例，在对比处理过程中，通过与初始图形内容进行比对，生成相应的新图形，从而提高地形内容变化结果的直观性，满足相应的使用需求。

1.5 无人机平台影响分析

目前无人机探测技术有其优越性，但仍有许多问题有待解决。首先，由于大多数无人机体积较小，负载较轻，容易被风吹乱，因此在空中做各种姿态转换，交叠角度起伏较大。其次，虽然画面不是很大，但数量却非常庞大。无人侦察机一般采用非常规单反相机，因为成像范围较窄，为了清晰地观察到所有数据，研究人员可以通过调整航向和侧翼来保证，这样在探测范围内会出现更多的图像，从而极大地阻碍了操作。这些情况都会影响测量精度，未来的无人机将会采用最新的科技手段进行改进，从而提高测试的效率和质量，同时还可以通过专业的程序保证数据的准确性，避免无人驾驶系统对测量结果的准确性造成负面影响。

1.6 无人机飞行时间的影响

无人机飞行时间的选择要综合考虑环境条件、天气变化和太阳高度等因素，尽可能地选择最佳的飞行季节，尽可能地减少地面覆盖结构对拍摄效果的负面影响，同时还要保证充足的光照。如果这片区域内的高层建筑比较密集，或者是高度比较高的话，那么在下午两点的时候就可以起飞了。

1.7 摄像设备的影响

相机本身的像素状况与影像品质有很大的关系，像素愈大，影像愈清晰，反之，像素愈低，影像愈模糊。因此，在进行无人机飞行的过程中，必须要考虑到摄像机像素，才能保证拍摄的质量和效果。摄像机的聚焦曝光时间和图像的清晰度有着很大的关系，在正式的航测之前，要根据具体的情况调整摄像机的对焦和曝光时间，在恶劣的环境下，应该尽量地延长曝光时间，提高图像清晰度。摄像装置本身的畸变也会影响到影像的清晰度，因此在测量前，一定要对影像进行精确的校正。

2 无人机航空摄影测绘技术关键工艺

2.1 DOM 工艺

DOM 处理的主要用途是在无人机航测完成后，采集各阶段的数字影像数据，将其与标准数据对比分析，以校正失真，提高测绘准确度。DOM 技术也是通过在低空拍摄时，通过内部定向、相对定向、绝对定向三种方式进行定向，然后进行正射、拼接，获得DOM 的最终效果。该工艺的具体流程如图1所示。

图1 DOM 技术工艺示意图

2.2 空中三角测绘技术

空三加密经过像点连接、像控点量测、平差运算等过程，实现了空间三码的自动产生。在确认外部控制室的档案及摄像机档案正确后，就可进行外部控制点的测绘。外部控制点的测绘是有专门的人和其他专家进行的。通常在进行空中三角测绘技术时添加了外部高程散点法。

2.3 数字划线图技术

数字划线图技术是在全数码照相测绘的基础上，对各测绘点进行一系列的测绘和计算，并将其与特定的功能相结合，从而达到测绘的目的。首先要确保测绘精度，并建立相应的数学模型，以确保数字化线路的绘制质量。

3 无人机测绘技术的应用实例

3.1 无人机测绘技术应用实例

针对地形、地物、居住区等复杂通视条件较差的地区，无人机全站仪对地形图进行测绘。研究内容包括前期准备、外业航测、像控点测绘、内业成图、外业调绘五个步骤。

在前期筹备阶段，**镇属于黄土丘陵地形、黄土沟、梁、住宅区，工厂的平均海拔1150 m，最高1 190 m，最低1 107 m。为满足精度需求，此次试飞计划选用F200 型全画幅SonyRX1RII 微型相机，其平面分辨率为7 cm，高度重叠80%，侧面重叠60%。

3.2 无人机航摄像控点的布设作业

在无人机航测时，航摄像控点测量需要满足两方面要求：一是数量和精度，二是目标影像应当定位清晰。无人机测绘摄影技术具有飞行高度较低、较慢的特点，容易受到大气升力和风力的影响，产生不均匀的重叠，因此，航摄像控点的设置和测绘提出如下要求：

在空三加密中，航摄像控点分布为平面点、高程点、高程检查点三大类。这一工作重点是平面点，一些是检查点，其布置要遵守原则：航摄像控点布设要在整个测区均匀分布，并布置在容易发现和辨认的地方，尽可能布置在地面上，比如在公路交汇处，在色彩划分清晰的地方，方便准确定位；如谷歌图像之类的现有图像来确定有没有较差的区域，比如森林或玉米田，这些区域应该在无人机起飞前喷洒石灰或其他可辨认的标记[2]。

F200 利用GPS 的PPK 后差动技术，能有效地降低航摄像控点的布设误差，本次任务共布设了12 个测绘点，8个是基础航摄像控点，4 个是检查点。航摄像控点坐标的精确与否直接关系到整个测区的绝对定向精度，因此，在航摄像控点的测绘中，一定要使圆气泡居中，并多次进行平差的测绘。此次以RTK 测绘3 次后的平均值为比较精确的坐标。

所选择的影像控制点，应使影像清晰、易于辨认，尤其是影像边缘的影像，必须清晰、准确，不能有任何异议，要有清晰的记号，例如：建筑朝向应注明是在东南方向，或在西北方向。

3.3 飞行实施

要全面、良好地开展航空三角测绘，必须确定测绘流程。遥感影像的高精度合成、平差等多种方法被用于航空三角测绘。在起飞前，要架设一个基站。基站可以架设在已知的位置上，如果没有，就用RTK 来测绘。表1显示了F200 的飞行摄影参数：

表1 F200 航摄参数统计表

在飞行过程中，所有的飞行参数都是正常的，飞行时的速度基本保持在60 km/h，保持平稳的飞行姿势，滚转和俯仰角偏离不超过5°。《低空数字航空摄影规范》规定，在CH/Z 3005-2010 中，相片倾斜度一般不超过5°，最大不超过12°，超过8°的片数不多于10%；在保证相片旋角不超过15°的情况下，单个旋转角度不能超过30°，而在同一航线上，旋转角度大于20°的图像不能多于3个，旋转角度超过15°的图像数量不能超过10%[3]。

3.4 空三处理

空三加密是指以地面上的少量控制点为基础，利用空间三码对重叠图像进行测绘。根据无人机测绘的基本原理，采用解析法对相片外部的方向元和加密点进行了求解。该测试采用了无人机管家2.0，并输出精度报告，点云、DEM、DOM，空三影像结果及无失真图像。利用VirtuoZo系统实现了空中三角测量，实现了对加密点的选择、节点加密和模型的联结。通过PATB，可以实现误差的粗差和误差计算，提高了测量精度。由于此次无人机是低姿态拍摄，所以全部加密点的选择均由手工进行，因而在某种意义上加大了内部作业的难度。在整个测绘工作中，三边形技术的应用是关键，它决定了最后的测量结果和地图的精度。同时，根据航摄像控点的平面定位误差，应及时调整定位，使其达到最大程度上的精度和合理性。

3.5 立体测图

在进行了三次空中三角测绘工作后，将测量数据导入VirtuoZo 站点，形成三维模型和线段影像，进行图像匹配、编辑和绘制线路图。基于DLG 的三维DLG 资料，产生DEM资料，完成DOM。最后，根据1：2 000 地图的实际测量结果进行综合调整，保证了整个测量精度的最大化，提高了有关资料的准确率和及时性。利用空间前景软件建立三维图像，实现三维采编。本系统无须预先采集地形图区域核线，可根据图像重叠程度及外部方向要素不同，自动组合立体像对，生成最佳交叉角，提高地形图高程精度；同时支持立体模型自动/人工转换，实现无缝衔接，减少边工和立体模型的选择，提高了工作效率。完成外业调绘工作后，利用无人机采集到的地形图进行整理[4]。根据图式中的符号、字体、字体大小，结合外业调研结果进行分级、分色，形成最终结果。

3.6 精度检测

无人机管家智能拼图的空三成果，通过DOM 成果的精度检验，检验其是否符合1:1 000 地形图测绘要求。

（1）控制点空三精度

在整个航测过程中，空三的精度直接影响到最终成图的精度。空三精度质量检查一般通过空三解算报告和立体采集检查点来完成[5]。

（2）DOM 精度检验

将控制点、检查点与DOM 套在一起，对DOM 精度进行检验，以确定1:1 000 DOM 影像精度是否满足要求。

（3）采用GPS 实时动态测绘，采用800 多个随机测绘点作为地形图绘制过程中的检查点，经检验，大部分平面位置误差小于5 cm，高程误差不超过0.15 m，精度满足规范要求。

4 无人机低空地形图测绘发展方向

第一，对地形图控制是有序的。随着地图的不断完善，低空无人机拍摄技术的推广也日益普及，该技术的有序发展，使图像的精度提高。在已有的测图技术指导下，有序的测量控制技术应完成转换，在导航系统的约束条件下，将其用于精细划分，并在主观条件与客观条件许可的前提下，摄影时间进行设定，做好控制点的精确位置[6]。

第二，采用智能化的变形监控技术。在信息技术快速发展的支撑下，利用无人机进行低地飞行测量，可以将各种不同的测绘技术和应用技术融合在一起，从而达到对地面形体的智能化监控。当变形监控记录偏差超过一定的限度时，数据处理中心将会进行相应的回应，协助技术人员结合实际状况，制定有效的解决办法[7]。

第三，地图数据的抽取。无人机低空成像测量具有广阔的应用前景，利用计算机图像测量与遥感技术与其他传感器紧密联系，利用高分辨率移动摄影扫描仪、高分辨率遥感影像进行目标云测量、城市建筑测绘POS 等，可将这些数据存储在单一坐标系统中。利用相关摄影与遥感技术，对点云特征点的构造进行逐行判定，确定三维点的特征点，进行色彩绘制与数据采集[8]。

5 结语

综上所述，无人机航摄测量技术在地面测绘行业的发展中有着举足轻重的地位，提高了资料的准确度和及时性。在实际运用中，应继续加大无人机航拍技术在地形图测绘的研发力度，针对目前地图绘制中出现的问题，能够使这些问题进行针对性的处理，从而提高测量资料的精确度和技术运用的有效性。