基于无人机航测的地形数据快速获取与三维建模技术研究

近年来，智慧城市、数字孪生等新领域蓬勃发展，迫切需要高精度和现势性高的地形数据和三维模型。无人机航测以其高效的数据采集能力突破传统测绘方式对时间和空间的限制，开拓出一条获取地形数据的新途径。从数据的获取到三维模型的建立过程中涉及了多源数据的融合，影像匹配算法的优化以及点云处理的关键技术环节。如何快速地获取地形数据和高质量地进行三维建模以突破数据误差累积和模型纹理失真的技术瓶颈已成为目前急需解决的难题。深入学习相关技术对于促进测绘行业的数字化转型和创新发展意义深远。

一、无人机航测技术在地形数据获取中的应用

无人机航测技术是获取地形数据的有效和灵活方法，近年来已被广泛运用于地理信息、城市规划、灾害监测和农业林业等诸多领域。它的主要优点是可以迅速地部署到预定的区域，以相对较低的费用获得高清晰度的图像数据，并进一步处理以产生高精确度的数字高程模型（DEM）、像数字正射影像（DOM）这样的基础地理信息工具，为各种不同的应用场景提供了必要的数据支持[1]。

（一）无人机航测系统的组成与工作流程

无人机航测系统是一个集成了多种技术的复杂系统，主要由无人机平台、传感器（比如高分辨率的数码相机，激光雷达等）、地面控制站及数据处理软件等关键部分组成。实际工作中先需要结合测区地形，地貌特征和成图比例尺需求，对航线进行细致规划并合理确定飞行高度、航向重叠度、旁向重叠度以及其他参数保证了数据采集完整性与准确性。然后，无人机按预设航线进行飞行，传感器连续获取飞行中的影像数据。在完成数据的收集之后，需要对图像进行预处理，这包括纠正畸变、平衡色彩等步骤，目的是减少传感器的误差和外部环境对数据品质的不良影响。然后，采用空三加密技术将预处理过的图像密集匹配生成密集点云数据。最后根据点云数据制作 DEM 与 DOM 完成地形数据。

（二）地形数据获取效率与精度分析

无人机航测获取数据的效率明显优于传统测量方法。以测区 10 平方公里为例，如果用常规全站仪进行测量则需要花费几个星期，而且人员投入和劳动强度都很大；而无人机航测仅需数小时即可完成相同区域的数据采集，且人员需求仅 2-3 人（见表 1）。在精度方面，通过合理设置飞行参数，如降低飞行高度以提高影像分辨率，以及采用高精度定位技术（如 RTK、PPK）进行辅助定位，通过无人机航测产生的 DEM 的精确度可以达到 ±0 .1 米，这完全达到了 1:500 比例尺地形图绘制的精确性标准。另外无人机航测具有快速更新数据和适应性好的优势，可以快速应对突发灾害或者工程变更的要求。

表 1 无人机航测与传统测量方法效率对比

二、基于无人机航测数据的三维建模技术研究

在无人机航测数据中，三维建模是其最重要的应用领域。通过建立测区三维模型可直观地显示地形地貌，在城市规划、灾害评估、虚拟现实和游戏开发方面提供强有力的支撑。相较于传统三维建模方法，以无人机航测数据为基础进行三维建模，具有获取数据速度快、模型精度高、成本低廉等优势。

（一）三维建模技术流程

以无人机航测数据为基础进行三维建模，包括数据预处理、特征提取、点云生成、模型构建和优化几个关键步骤[2]。在数据预处理环节中，除影像畸变校正，色彩平衡等基本运算之外，还要滤除点云数据中的噪声点及异常值来改善数据的质量。在特征提取阶段采用 SIFT,SURF 算法对图像进行特征点识别，通过特征匹配构建图像之间的对应关系。点云的生成阶段根据空三加密的结果实现特征点到三维坐标的变换，从而生成密集点云数据。在模型构建阶段通过 Delaunay 三角剖分和 Poisson 重建的算法实现点云数据到三维网格模型的转化。最后，利用纹理映射技术实现影像纹理在三维模型中的粘贴，提高了模型真实感；同时采用模型简化技术降低了模型面片的数量和模型渲染的效率。

（二）三维模型精度与可视化效果评估

三维模型是否准确，主要由点云密度与纹理质量决定。高分辨率影像（如 0.02 米分辨率）能够生成高密度点云（点间距 ⩽0.1 米），从而构建细节丰富的三维模型（见表 2）。从纹理质量角度来看，选取适当的图像作为纹理源以及色彩校正、光照调整等措施能够显著增强模型可视化效果。另外模型中光照设置，材质属性对用户视觉体验有影响。通过对这些参数设置的合理，能够达到对模型进行真实感渲染的目的，让用户犹如身处真实场景。

表 2 不同分辨率影像生成的三维模型精度对比

（三）三维建模技术的应用拓展

随着计算机视觉与深度学习的发展，三维建模技术正向自动化与智能化发展。比如通过深度学习算法能够对影像上的建筑物进行自动识别和提取，极大地减少了人工干预并提高了建模效率。同时通过与 GIS 数据相结合，可构建出包括地形、地貌、植被和建筑物在内的多元素综合三维场景，从而为智慧城市和数字孪生提供更丰富和更精准的基础数据支撑[3]。除此之外，三维建模技术在文化遗产保护和旅游推广中也扮演着重要角色，它通过建立虚拟场景使用户沉浸在历史文化的神奇或者自然风光的瑰丽中。

三、结语

在测绘技术革新和数字化发展时代大潮下，无人机航测和三维建模技术的深度融合重塑了地形数据的获取和空间表达模式。它打破了传统技术的束缚，凭借高效和精准等特质为多领域发展带来了新动能。随着科技的不断进化，两者必将在智能感知和场景融合上取得更大突破，从而为地理空间信息科学创新发展和多产业数字化转型构筑坚实的技术根基，有助于建设更加智能和准确的数字化世界。

参考文献

[1]张弘强,杨文轩,张亦可,等.无人机与无人船航测技术在高精度河流断面监测中的综合应用[J].湖南电力,2025,45(03):49-53.

[2]刘明松,毕强,蔡宗磊,等.基于无人机航测的水库数字三维场景数据生产方案研究[J].测绘与空间地理信息,2025,48(S1):102-105.

[3]黄明美.无人机航测技术在土地整治中的应用[J].福建地质,2025,44(02):154-160.