无人机航测技术在城市大比例尺地形图测绘中的应用研究

引言：

城市大比例尺地形图是城市规划设计、基础设施建设、空间管理的核心基础数据，对测绘精度、效率与时效性要求极高。传统测绘技术受地形遮挡、作业范围限制等因素影响，在城市密集建筑区、复杂交通路网等场景中存在效率低、成本高的问题。无人机航测技术凭借低空飞行、快速作业、动态监测的优势，为城市大比例尺地形图测绘提供了新解决方案。因此，深入研究该技术的具体应用路径，对推动城市测绘技术革新、提升基础地理信息服务质量具有重要现实意义。

一、无人机航测技术在城市大比例尺地形图测绘中的数据采集应用

1.1 定制化飞行规划

针对城市建筑密集、地形多样特点，无人机航测通过定制化飞行规划提升采集针对性。结合测绘区域范围、地形特征与精度要求，用专业软件设计航线，以“网格覆盖+重点区域加密”模式，普通区域按标准间距规划，建筑密集区、交通枢纽等缩小间距，确保数据无遗漏；同时依空域限制与安全要求，设低于 120 米的飞行高度避开障碍，并规划应急返航路线，保障采集安全连续。

1.2 多传感器协同采集

无人机航测系统可搭载多类传感器，同步采集多维度数据满足细节需求。常规配高清光学相机，获高分辨率影像用于识别地物轮廓；针对高程采集，搭激光雷达传感器，穿透植被遮挡获精准地面高程，解决传统光学测绘在树木密集区、复杂建筑区的高程数据缺失问题；部分场景搭热红外传感器，辅助识别特殊地物，为地形图补充专项信息，提升数据完整性。

1.3 动态实时采集

城市建设更新快，对地形图时效性要求高，无人机航测可动态实时采集。相较传统测绘，无人机能快速抵达区域，1-2 小时完成飞行获大面积数据，且支持短周期重复测绘，及时更新新增地物信息；部分先进系统支持实时传数据，飞行中同步回传影像至地面工作站，实现预览与核验，避免二次飞行，进一步提升效率。

二、无人机航测技术在城市大比例尺地形图测绘中的数据处理应用

2.1 自动化数据预处理

无人机航测采集的数据量庞大，传统人工处理方式效率极低，通过自动化预处理技术可大幅提升处理效率。首先，利用专业软件（如 Pix4D、ContextCapture）进行影像畸变校正，消除相机镜头误差与飞行姿态偏差对影像的影响；其次，自动匹配影像特征点，通过同名点识别实现多幅影像的拼接，形成测绘区域的全景影像图；最后，结合无人机飞行时记录的 GPS 定位数据与惯性测量单元（IMU）姿态数据，对影像进行地理坐标匹配，初步确定地物的空间位置，为后续精细处理奠定基础。整个预处理过程自动化程度高，仅需少量人工干预（如剔除模糊影像），大幅缩短处理周期。

2.2 三维建模与精度优化

城市大比例尺地形图（如 1:500、1:1000 比例尺）对精度要求严苛（平面位置中误差通常不超过 5厘米），无人机航测通过三维建模与精度优化技术可满足这一需求。在预处理基础上，利用密集匹配算法生成测绘区域的点云数据，构建三维立体模型，直观呈现地物的空间形态；随后，结合地面控制点（GCP）数据进行精度校准，在测绘区域内布设一定数量的高精度控制点（通过 GNSS 静态测量获取坐标），将其坐标导入三维模型中，修正模型的位置偏差，确保模型精度符合大比例尺地形图要求；最后，从三维模型中提取地物轮廓、高程、距离等信息，自动生成矢量地形图，同时人工对复杂地物进行局部修正，保障地形图的精度与准确性。

2.3 数据成果标准化输出

无人机航测数据处理完成后，需按照城市测绘的标准规范进行成果输出，确保数据可直接用于后续应用。一方面，输出符合国家或地方标准的矢量地形图格式（如 DWG、SHP 格式），明确标注地物类别、高程数值、等高线等要素，满足城市规划设计软件的兼容性需求；另一方面，输出数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等衍生成果，DEM 可用于城市地形分析（如坡度、坡向计算），DOM 可作为地形图的背景影像，辅助地物识别与核查；此外，针对不同应用场景，可对数据成果进行专项处理，如提取高程异常区域、标注地下管线走向等，提升数据成果的实用性。

三、无人机航测技术在城市大比例尺地形图测绘中的场景适配应用

3.1 城市密集建筑区测绘

城市中心密集建筑区存在大量高楼遮挡，传统地面测绘难以获取完整的地形与地物数据，无人机航测可从低空视角突破遮挡限制。通过低空飞行（飞行高度贴近建筑顶部），获取建筑顶部轮廓与立面信息，结合激光雷达传感器穿透建筑间的狭窄空间，采集地面高程数据；同时，采用“多角度拍摄”模式，对建筑侧面、街角等易遮挡区域增加拍摄频次，确保影像覆盖无死角，最终生成的地形图可精准呈现建筑边界、楼层高度、建筑间通道等细节，满足城市更新改造、容积率计算等需求。

3.2 城市交通路网测绘

城市交通路网车流量大，传统地面测绘需临时封闭道路，存在安全隐患且影响交通通行，无人机航测可实现无接触式测绘。无人机在道路上空低空飞行，无需占用地面作业空间，避免与车辆、行人产生干扰，保障作业安全；同时，可快速采集道路中心线、车道数量、交通标志位置、人行道边界等信息，尤其适用于高速公路、城市快速路等交通繁忙区域的测绘；此外，针对道路施工区域，可定期航测获取施工进度影像与地形变化数据，辅助施工监测与道路竣工测绘，提升交通路网测绘的安全性与时效性。

3.3 城市滨水与生态区域测绘

城市中的河流、湖泊、湿地公园等滨水与生态区域，地形复杂且部分区域难以进入（如沼泽、深水区），传统测绘难度大，无人机航测可实现高效覆盖。无人机可跨越水域、湿地等障碍区域，采集岸线轮廓、水域面积、植被分布等数据，结合激光雷达传感器获取水下浅水区高程数据（部分浅水区可通过光学影像反演），生成的地形图可精准呈现滨水岸线、滩涂范围、生态植被边界等信息；同时，无人机航测对生态环境干扰小，不会破坏植被、惊扰野生动物，符合生态保护要求，适用于城市生态修复规划、防洪排涝工程设计等场景的测绘需求。

结论：

无人机航测技术凭借高效的数据采集能力、精准的数据处理水平与灵活的场景适配性，已成为城市大比例尺地形图测绘的核心技术手段。本文从数据采集、数据处理、场景适配三个维度，梳理了该技术的具体应用路径。未来，随着无人机技术的迭代与 AI 算法的融合，无人机航测在城市大比例尺地形图测绘中的应用将更加深入，可进一步提升测绘效率与精度，同时拓展至城市三维建模、动态监测等更广泛领域。通过持续技术创新与应用优化，无人机航测技术将为城市精细化规划、智慧化管理提供更坚实的基础地理信息支撑。

参考文献：

[1]董燕.基于 ContextCapture 的无人机倾斜影像建模方法研究[J].软件，2022,40(3):207-210.

[2]任宏旭.无人机 1:500 比例尺测图关键影响因素分析及应用研究[J].城市勘测，2021(6):71-74.