高山峡谷区带状地形图空地一体化测绘技术

我国公路水路建设逐渐扩展到西部地区，但由于西部地区的高山峡谷比较多、地形相对复杂，采用目前经常使用的传统无人机航测技术测绘长线路带状地形图会出现误差，精准度不能契合工程要求。然而空地一体化测绘技术根据航空和地面测绘的优势，可以迅速获得大范围数据，地面精准补测检验，通过数据整合构成完好的地形图，这样可以有效处理这一区域测绘存在的难题。

一、空地一体化测绘技术

（一）无人机航空摄影测量技术

无人机航空摄影测量技术是空地一体化测绘的主要技术之一，主要将无人机作为载体，搭配高精准度摄影设施和定位导航系统，能够迅速获得测区高分辨率影像，其依靠自身效率高、机动灵活和成本少的特点，广泛应用于高山峡谷区复杂地形测绘中。

在高山峡谷区测量时，应根据地形环境特征和测绘需求拟定合理的飞行方案，飞行高度应均衡影像分辨率和覆盖范围，飞行高度越低分辨率越高，但是覆盖范围就会越小；航线利用平行和交叉整合的模式，确保重叠度要求的满足以便于提高数据处理的准确度；拍摄间隔需要结合非常速度和影像分辨率制定，保证相邻影像充足重叠。从设施配置方面来看，无人机往往搭配 2000 万像素以上的高分辨率数码相机，可以采集清楚地面影像；定位导航系统融合GPS模块和惯性测量单元，GPS及时提供位置信息，IMU 测量横滚角、俯仰角及航向角等姿态参数，二者共同为影像数据提供准确的外方位元素，为后期数据处理做好铺垫。然而，无人机航空摄影测量技术在成图精度和安全性方面存在着一定的缺陷和不足，依旧需要进一步研究与提升，另外由于其依赖无人机系统，无法解决高山峡谷区中隐蔽遮挡环境下的地物定位问题。

（二）地面测绘技术

地面测绘技术作为无人机航空摄影测量的主要检验方式，利用全站仪、GPS RTK 等设施，可以准确测量测区主要点位、地形特征点和特征地物，但以全站仪为主体的全野外数据采集手段由于必须满足严格的地面通视要求，其工作效率往往较低，劳动强度也大；而以GPS RTK 为主体的数据采集系统，虽然不受地面点间的通视限制，但是却需要满足顶空通视的必要条件，在高山峡谷区中植被覆盖茂盛的隐蔽地区或者其它复杂环境下，GPS RTK 定位结果的可靠性和可用性无法保证，也不能完成高山峡谷区的相关测量作业。

在高山峡谷区，无人机摄影很容易因阴影和地形遮挡的影响而缺少一些区域的航摄数据，或者是区域数据的质量差，而地面测绘则可以进行精准补测，确保数据的精准性与完好性。全站仪是光机电一体化高精度仪器，可以协同测量角度和距离，迅速获得测点的三维坐标。当全站仪应用于高山峡谷区时，应挑选合适测站点以便于确保点位之间的通视性，对于不能测量的测点，可以使用三角高程测量或者是间接测量法获得坐标。GPS RTK 技术利用基准站和流动站无线点通讯实现及时动态定位，精准度可以达到厘米级。对于高山峡谷区的 GPS 信号容易受遮挡的问题，还可以使用多基准站 RTK 技术或者是铺设中继站，提高信号接收的质量，扩展作业范围。

（三）数据融合技术

数据融合技术是融合无人机航空摄影和地面测绘数据，建立完整带状地形图的主要方式，其可以全面发挥两种数据技术的优势，弥补缺陷，提高测绘数据的精准度和稳定性。这一技术涵盖了影响配准、精度校正及数据拼接等主要环节，影响配准根据几何关系适应无人机多张影响，清除位置偏差；数据拼接可以把配准后的影像和地面测绘数据融合成完整的测绘数据；精度校正凭借地面控制点校准融合数据，保证契合精准度的要求。

二、空地一体化测绘技术应用

（一）前期准备

在进行高山峡谷区带状地形图空地一体化测绘工作以前，应开展足够的前期准备工作。其一，应搜集测区的有关资料，包含现有地形图、地质资料、气象资料等，充分了解测区的地形、地质及气候等状况。其二，应遵循测绘任务的要求，明确测绘范围、比例尺及精度等级等参数；其三，检查与校准测绘设备，保证设备具有良好的性能，测量精度符合生产要求。无人机应开展电池充电、固件升级及设备组装等流程；地面测量设施应开展全站仪的轴系校正、流动站调试及GPS RTK 的基准站设施等。其四，拟定周全的技术作业方案，涵盖人员分配、作业进度及安全保障措施等，保证测绘工作的正常开展。

（二）数据采集

数据采集是空地一体化测绘技术运用的主要阶段，包含无人机航空摄影数据采集与地面测绘数据采集两种类型。

在无人机航空摄影数据采集期间，操作人员应把无人机放在恰当的起飞点，根据事先拟定的飞行计划起飞。在飞行期间，应动态监控无人机的飞行状态、影像拍摄状况以及电池电量等，保证无人机可以根据预定航线进行飞行，拍摄出满足要求的影像数据。若遇到恶劣天气、无人机故障等突发状况，应及时采用相应的应急措施，保证无人机的安全。

地面测绘数据采集应结合测区的地形特征与测绘要求，挑选恰当的测量方式与测量设施。针对测区中的控制点、地形特征点及重要地物等，应使用全站仪或者是GPS RTK 展开准确测量，获得其三维坐标。在测量期间，应严格按照测量规范和标准进行操作，保证测量数据的可靠性与精准性。

（三）数据处理

数据处理是把原来的数据转变成可使用的带状地形图数据的核心工作。通过预处理无人机航空摄影影像，开展畸变差校正以清除设备光学特点与拍摄姿态改变引起的影像变形；经过影像增强提高对比度和清晰度，方便后期特征提取辨别；通过影像拼接把多张重叠影像拼接成完整的测区影像，然后使用摄影测量软件针对预处理的影像进行空中三角测量，适当测量影像同名点，根据摄影测量几何关系计算外方位元素，以便于明确影像空间位置，从而构建呈现地面起伏的数字高程模型 DEM 与经几何校正、投影变换的高精准度正射影像图 DOM。最终将地面测绘数据和 DOM、DEM数据相融合，补足后构成完整的带状地形图数据。整合时应搭配二者的精度、坐标系统的统一，同时详细检查数据的精准性、完好性和统一性，保证满足工程的测绘要求

图 1 无人机航空摄影数据采集与地面测绘数据采集流程

三、空地一体化测绘技术应用效果

（一）提升测绘效率

因为高山峡谷区的地形比较复杂，如果使用以往的测绘技术，工作人员需要耗费很多的时间与精力才可以到达测点，测绘效率非常低，劳动强度也大。然而在空地一体化测绘技术中，无人机航空摄影测量技术可以迅速获得大范围的地形数据，在一定程度上减少了野外作业时间。例如在一个面积为 50 平方公里的高山峡谷区测区，利用传统的全站仪测绘方法需要花费20 天的时间，然而使用无人机航空摄影测量技术只用花费 2～3 天的时间就可以实现数据采集工作，后期的数据处理也不会浪费太多时间。

（二）保障测绘精度

空地一体化测绘技术经过无人机航空摄影测量与地面测绘的融合，可以提升测绘的精准度。无人机航空摄影测量获得的影像数据通过空中三角测量与数据处理后，DEM 与 DOM 的准确度可高达 1：1000 比例尺地形图的要求；地面测绘技术能够准确测量主要点位，为航空摄影测量数据提供准确的检验数据，从而可以提升总体测绘的准确度。

在具体运用过程中，经过全站仪高精度的检验数据检验后得到的融合后的带状地形图数据，其平面位置的误差与高程的误差都可以满足有关测绘标准和测绘规范的要求，可以为工程建设提供准确的数据支撑。

（三）规避作业风险

高山峡谷区地形复杂，气候千变万化，传统的测绘技术比较落后，在应用过程中需要作业人员通过大量的徒步才能测量，然而在高山峡谷地区就会存在很高的作业风险。在空地一体化测绘技术中，无人机航空摄影测量要求操作者在空旷、无障碍物的地方进行起飞，确保安全，作业人员不用进入危险区域进行测量，这样可以规避一定的作业风险。尽管被遮挡或无法通过无人机航空摄影测量的区域仍然需要作业人员通过地面测绘技术这个方法到野外进行测量，但是因为测量范围远远小于传统的全野外数据采集方法，同样可以精准控制作业风险，保证作业人员安全。

四、结论

总的来说，高山峡谷区带状地形图空地一体化测绘技术具有较高的精准性、安全性及有效性，其融合无人机航空摄影测量技术、数据融合技术以及地面测绘技术的优点，可以更好地处理高山峡谷区传统测绘技术存在的问题。

经过实际运用证明这一技术已显示出其优越性，可以为高山峡谷区的地形图测绘工作提供可靠快捷、高精度的数据采集与处理手段；与常规地面测绘方法相比，大大减少了外业测绘时间，降低了劳动强度，提高了测绘工作效率；利用地面测绘技术获取的高精度测量数据检验通过无人机航空摄影测量技术获得的数据，并采用数据融合技术将两者相融合，保障了测绘的精准度，还一定程度的规避了作业风险，为高山峡谷区的资源挖掘、工程建设、测绘测图等工作的开展提供精准的测绘数据。

参考文献

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[3] 吴迪军， 张建军， 叶志雄. 基于地面三维激光扫描的高山峡谷精细地形测绘 [J]. 工程勘察 ，2021，49（12）：54-58.

作者简介：

第一作者：郑世红（1998.6）汉族本科，助理工程师，研究方向：摄影测量与遥感

第二作者：胥自力（1995.8）汉族，广汉，本科，初级工程师，研究方向：摄影测量与遥感