无人机航测技术在复杂地形测绘工程中的精度优化研究

1、引言

近年来，测绘行业快速发展起来，无人机航测技术因高效、灵活、经济而在地形测绘领域被广泛应用，在山地、丘陵这种地形起伏大的复杂地形下，传统无人机航测技术精度面临严重挑战，因为复杂地形让无人机飞行稳定性、影像采集质量、数据处理算法要求更高，尤其在高程和平面精度上，现有技术很难完全符合实际工程需要。影响复杂地形测绘精度的关键因素包含合理选择飞行高度、优化设计影像重叠度、科学布设地面控制点等，所以研究者试着把多传感器融合技术和智能图像处理方法引入无人机航测系统，整合高精度 GNSS/INS 组合导航系统、多光谱相机和激光雷达等多源数据并改进 SfM（Structurefrom Motion）算法与深度学习技术后，在复杂地形下的测绘精度能有效提升，也给无人机航测技术在地质灾害监测、土地资源调查和城市规划等领域应用打下重要基础。

2、无人机航测技术在复杂地形测绘中的应用现状

2.1 复杂地形测绘的特点与挑战

复杂地形测绘有着特殊地理环境与多变地貌特征，在测绘工程里算是极具挑战性的领域之一，而且近几年随着国土空间规划、地质灾害监测、基础设施建设等方面需求增多，其重要性越发突显，中国测绘学会的数据表明，过去五年全国山地、丘陵等复杂地形测绘项目占比超 40% ，不过这些地方常常高差大、植被密、气象条件复杂，致使传统测绘方法效率低且精度难保证，比如在高海拔区，气候多变加信号被遮挡会使 GNSS 定位误差变大，而在森林覆盖率高的地方，地面控制点不好布设直接影响三维建模的准确性，并且复杂地形测绘作业周期长、成本也高，急需更高效的解决方案才能满足行业需求。

2.2 无人机航测技术的优势与局限性

复杂地形测绘中，无人机航测技术因其高效灵活而成为重要工具，与传统地面测量、航空摄影测量相比，它能低空采集高分辨率影像并快速生成大比例尺地形图，有统计数据表明，在复杂地形测绘时，无人机航测作业效率比其他方法可提高 3 到 5 倍且减少了人工干预带来的安全风险。不过这一技术也有局限，飞行高度和重叠度的设置对数据质量影响很大，飞行高度过高或者过低会使影像分辨率下降或者覆盖不够，并且复杂地形里的强风、湍流等环境因素可能干扰无人机稳定性从而影响数据采集的连续性，而且目前的无人机航测系统处理高差大的地形时高程信息易失真，没足够地面控制点的时候模型精度会大大降低，这些都对无人机航测技术的应用提出更高要求。

2.3 当前精度问题及其影响因素分析

在复杂地形下，无人机航测技术存在精度问题，主要体现在平面与高程两个方面且多个技术环节会影响其精度，例如飞行参数设置中的飞行高度和影像重叠度，研究显示飞行高度超 300 米时影像分辨率会大幅降低且在陡峭山地更难获取细微地貌特征，影像重叠度不够会使点云匹配失败进而影响三维建模的完整性和地面控制点的布设密度与分布合理性，植被茂密或者地势起伏大的地方若地面控制点数量少或者位置不合理就会出现模型漂移从而进一步降低精度。另外也不能小看传感器性能的限制，因为单一传感器在复杂环境里常常适应性欠佳，比如普通 RGB 相机在阴天或者有阴影的地方成像效果不好，激光雷达在高反射率表面可能出现数据缺失的情况，而且数据处理算法的优化也很关键，传统 SfM 算法处理大规模点云数据时计算效率低，未经深度学习优化的图像处理技术在复杂纹理区域匹配精度有限。不过整合多光谱相机、激光雷达和高精度 GNSS/INS 系统等多源数据并改进 SfM 算法以及结合深度学习技术后能有效提升复杂地形测绘精度。

3、无人机航测精度优化方法研究

3.1 数据采集策略优化

在复杂地形测绘里，无人机航测要优化精度就得依靠科学的数据采集策略，因为飞行高度、重叠度和地面控制点布设是影响数据质量的关键因素，研究显示飞行高度适当降下来影像分辨率能大大提高但飞行时间和数据量也会随之增加，而影像重叠度设计合理不但能确保精度还能减少冗余数据，而且地面控制点分布合理对提高定位精度特别重要，在山地和丘陵这种坡度变化大的地方更是如此，所以若引入动态调整机制并依据地形特征实时优化飞行路径和控制点布设方案，就能有效提升数据采集效率与精度，给后续处理打下坚实基础。

3.2 数据处理算法改进

在复杂地形下，传统 SfM 算法受地形遮挡、纹理缺失等因素影响难以达到高精度要求，所以得改进数据处理算法，将深度学习技术融入其中以优化特征提取与匹配流程并提高对低纹理区和阴影区的识别力，而且让多光谱相机和激光雷达数据来帮忙处理使三维重建更准确。实验显示，改进后的算法处理陡峭山地和植被密集区时表现出色能有效削减误差积累，这种方法不但提升了平面与高程精度还大大减少了数据处理所需时间，给复杂地形测绘提供了靠谱的技术支撑。

3.3 多源数据融合方法

实现复杂地形测绘高精度的关键手段之一是多源数据融合，整合高精度GNSS/INS 系统、多光谱相机和激光雷达等多种传感器数据后便构建起一个多层次、多维度的数据融合框架，GNSS/INS 系统供应高精度定位信息、激光雷达把握地形细节、多光谱相机强化地表特征识别，智能算法对多源数据配准融合能有效补上单一传感器的短板并大幅提升测绘精度，实验结果显示该方法在复杂地形应用效果很好，在植被茂密之处以及平坦与陡峭交接之地尤为出色，给无人机航测技术发展指出新路子。

4、结论

无人机航测技术被复杂地形测绘工程赋予了更高精度要求，多传感器融合与智能图像处理技术整合后，无人机航测方法经优化，在山地、丘陵等复杂环境里精度提升效果明显，从而给复杂地形测绘工作提供了可靠技术支持。近年测绘行业对高精度数据需求快速增长，这一研究成果不但补上了技术空白，而且让无人机航测在地质灾害监测、城市规划、农业资源调查等领域有了坚实应用基础。

参考文献

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