无人机技术在测绘工程中的应用分析

引言

近年来，无人机的应用领域不断拓宽，尤其在测绘和地理信息行业中，凭借其搭载的光学雷达和激光设备等高科技装置，以极大优势扩展航空测量的领域和范围，并可应用于基础地理信息测绘、应急保障、城市规划等众多领域，在防灾减灾、国土调查、国土空间开发和城镇建设等领域也具有较强的应用价值。特别是随着全球智慧城市的兴起，无人机航测凭借收集和整合城市各种基础设施数据，推动智慧城市发展，为实现城市行政和社会治理提供重要支持。

一、无人机测绘相关概述

无人机，又称无人驾驶飞行器，是指那些无需人员搭乘， 通 控制系统实现导航和操作的航空工具。无人机测绘系统由无人机机体、 像头等多个部分构成。无人机测绘系统的核心构成元素涵盖 测绘任务之前，需要根据具体任务需求精心挑选无人机，并规划出合理的飞行路径。 起飞和降落点的选择，以及任务管理控制等步骤都至关重要。这些工作的目的是为了确保飞行路线 图上的潜在干扰。在最简单的飞行路线下，还要确保人和机器的安全性。

二、无人机技术在测绘工程测量中的应用案例分析

某厂项目，位于中国市杨浦区，本次项目工程给整个厂区做倾斜摄影测量 3 维模型，测量区域区1 ：500 地形图制作，查明道路红线两侧内主要道路和建筑及厂区内地上管线分布等。本项目落成后将从所建 3维模型上更加直观地看出厂区的 厂房及厂区内管线分布等；满足厂区规划、改扩建评估以及安全隐患的排查。

运用影像区域网联合平差、模型表面重建以及纹理映射等核心技术，通过 ContextCapture 软件的应用，确保了模型构建的高效性和精确性。

（1）特征检测

从图像数据中精确地提取焦距信息，运用尺度不变特征变换（SIFT）算法来捕捉图像中的关键特征，精确地确定特征点的坐标（x，y）。

（2）特征匹配

构建 K-d 树模型，对每张图片特征点的提取并进行匹配，据此估计基础矩阵。采用随机抽样一致算法（RANSAC）剔除误匹配点，将共同特征点连接为轨迹，形成图像连接图，直观展示图像关联性。

（3）光束法区域网空中三角测量

利用影像中构成的光线束，建立起一个全面覆盖研究区域的统一误差方程和法方程体系，至此可以精确地计算出该区域内每一张影像的六个外方位元素，以及稀疏三维点云中各点的精确三维坐标。

（二）无人机倾斜摄影测量空间方位信息获取

1. 倾斜摄影指标确定（1）基准面的确定

通过统计测区内所有高点和低点的高程，分别计算其平均值（¯H 高、¯H 低），基准面高程取两者的中位数：H=（¯H 高 +¯H 低 ）/2。

通过运用公式 ，摄影人员可以精确地计算出航高值。根据测区需求选择摄影比例尺（如大比例尺需降低航高以提高分辨率）

（3）航摄基线和航摄间隔的确定

航摄基线描述的是航摄仪器在连续两次曝光时，镜头中心点之间的实际距离，航摄间隔则指的是相邻航带间所形成的距离。选择合适的距离，保证立体的覆盖和影像的连续。

（4）重叠度的设置

航摄像片必须具备合适的重叠度，包括航向重叠和旁向重叠。根据行业规范，航向重叠数值应控制在 60%至65% 之间，旁向重叠通常在30% 至35% 之间。地形起伏大时，增加重叠度以减少阴影和遮挡对建模的影响。2. 控制点坐标

依据项目所在地区已有的控制点作为外方位元素解算的基础。通过识别航摄影像中的控制点像点坐标，建立地面控制点与图像坐标系下的像点之间的对应关系。

3. 倾斜摄影测量方法

与传统的垂直摄影方法相比， 倾斜像对的获取复杂 杰角 会导致影像几何变形显著，同名边缘像素易失配，增加匹配难度。测 方位元素，推算地面点三维坐标。项目中，多视影像匹配技术 倾斜摄影可提供更丰富地物信息，利于构建逼真三维模型。 坐标解 的影像。实际建模常聚焦建筑物关键点（如房屋顶点、道路拐点），以提 需多视角影像融合平面与高程数据，才能构建完整精确模型。

（三）测量过程分析

1） 自然原因（ 地形、天气因素等）

市区建筑物聚集，飞行环境复杂，遥控器信号易受干扰，起飞前地磁受影响较大2） 社会原因（ 空域申请、政策、安全等）

空域申请，当地相关部门申请，获得批准

3） 经济因素（ 时间、人力、资金成本等）

4） 传统测绘的痛点

传统测绘作业，若想按时按质完成项目，势必需增派项目作业人员，且工作人员需长时间户外工作势必增加成本。

采用的设备及后处理软件：

1） 采用飞行平台类型以及数量： 大疆精灵4RTK，1 台

2） 采用的后处理软件 ： ContextCapture 软件

整体工作流程概述：

1） 各个阶段的工作说明（ 如前期勘测、外业与内业等环节操作）

①项目区域摸查：查看是否有特高建筑（大厦、信号塔）或较高高压线

②对项目区域面积进行大概计算并规划航线根据需要配备多组智能电池及充电设备

③无人机航空摄影：航飞前规划航线，根据航线规划，根据客户对精度和时间要求设置最优航测参数设置④无人机数据处理过程中，运用 ContextCapture 软件，解析当日的无人机航拍数据，进而生成项目所在区域的清晰正射影像与真实感强烈的三维模型

2）飞行参数设置（飞行高度、重叠率等）

飞行高度为100 米，设置了航向和旁向的重叠率分别为70% 和人力投入（ 外业数据采集，内业处理等）

外业航飞：2 人；司机：1 人；内业处理：1 人

4）项目时间周期（项目总花费时间、航飞花费时间、飞行架次）项目总花费时间：3 天；航飞花费时间：1 天；飞行架次8 次项目成果：

1）输出影像或建模成果

评价：设备先进、技术成熟，测绘专业，按时按质完成测绘任务，非常难得。

大疆航测解决方案的优势：精灵 4RTK 无人机灵活便携、作业高效，极大地减轻了外业人员的户外工作压力。 传统的测绘作用依靠于人海战术，劳动强度过于繁重，对人力和物力有着极大的需求，现利用无人机航测技术把大量的户外工作转移到了内业，大幅降低了劳动强度，时间效率提升3 至4 倍，有人员及场地安全保障。

三、结论

随着无人机在测绘与施工中的 泛应 对整个测绘界来说， 这是 次科技变革。本论文介绍了无人机技术的概述、系统组成和工作原 利用无人机可以扩展探测距离，在复杂地表条件下有效地探测难以 ，通过提高地图绘制的速度，使其在大型工程中展现出独特 图绘制的成本，使地图绘制变得可能。还可以通过与其他测 量效果。以上深入的应用研究表明，无人机在提高测量精度、效率 重要的 随着无人机的出现，对测绘工作产生了巨大的促进作用，为未来测绘业的发展开辟了新的空间。

参考文献：

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[2] 陈立 ， 赵永雨 . 智慧城市测绘工程测量用无人机遥感装置 [J]. 智慧中国 ， 2023， （09）： 86-87.

[3] 廖兴 . 无人机技术在测绘工程中的应用 [J]. 中国新技术新产品 ， 2020， （04）： 27-28.