无人机在地形测绘工程的应用

摘要：当前，我国在地形测绘方面获得快速发展，尤其在无人机技术不断推广应用过程中，取得显著成绩。无人机技术主要是将传感器、通信设备等安装在无人机机身上，并借助通信定位手段开展测量工作。对此，本文阐述了地形测绘中无人机优势、介绍了无人机原理，并分析了地形测绘中无人机应用，希望能够为相关部门与人员提供参考。

关键词：地形测绘；无人机；应用分析

在我国经济快速发展过程中，为科技经济发展提供良好经济保障，进而有效促进电子产业发展，而我国无人机技术也得到快速发展，相关技术更加成熟，在各个领域中均有着广泛应用。对于测绘工程而言，借助无人机、遥感设备以及其他设备开展定性测量，可以有效强化测量质量与效率。以无人机角度分析，在工程测绘、农业测绘、自然灾害测绘等方面均有着良好应用效果，在精准收集实时数据过程中，可以有效保证数据传输效率[1]。

1地形测绘中无人机优势

现阶段，我国各个行业均开始不断进行细化建设，以赶超世界水平。对于测绘行业，及时、精准采集代表信息同时进行各类地图绘制工作已经成为重点内容。而要想实现这一目标，需要保证测绘方法前进性与有效性。而航空测量是快速收集地理数据的技术方法，然而传统航空测量技术在气候条件与机场等方面具有较强依赖性，测绘成本较高，并且测量周期比较长，对大比例尺测绘工作中数字摄影技术应用造成一定影响。例如，使用卫星遥感技术过程中，因为受到轨道影响，每天都会在固定时间过顶，因此时效性无法满足工作要求，难以开展应急观测。另外，载人飞机虽然不会受到轨道与时间等因素影响，然而基于恶劣气候环境下，为了保证工作人员安全，基本上不会开展测绘工作。微波遥感技术能够克服气候与云层等因素影响，然而因为探测原理有所不同，无法对红外线遥感以及其他技术手段进行完全替代。同时，传统航空遥感技术的测绘成本较高，无法在各个测绘工作中进行广泛应用，若是采用人工测绘方式，则需要投入大量物力、人力等资源，并且测绘效率较低，在地形影响下无法保证测绘工作有序进行。而无人机测量技术具有高效率以及低成本等特点，在地形测绘领域中的应用更加广泛，其主要具有以下优点：①测绘无人机属于低空飞行器，飞行高度一般距离地面几十米、数百米，与传统航空遥感技术以及普通航空摄影技术相比，其能够有效突破云层因素限制。②因为始终保持低空飞行，因此相比于其他技术，其分辨率更高，所以性价比突出，同时可以便捷申请空域。③无人机体积小、成本低，在工作人员培训、维护与保养等方面均具有较大优势，同时培训周期短，所需人力少，一般在7—14d之内即能够完成无人机培训工作，工作人员可以熟练操作无人机。④无人机能够搭载各种传感器，进而有效提高无人机功能的灵活性，一架无人机不仅能够完成测绘工作，同时也可以用于监测与救灾等工作中。因为无人机可以多角度收集地表信息，因此能够实现3D建模。⑤若是地形较为复杂，则无人机能够便捷地进行转场，机动性突出。同时在气候方面并无严格要求，在小雨、刮风以及阴天等条件下均能够开展测绘，另外，可以在短时间内完成数据收集工作。⑥相比于其他测绘技术，无人机测绘能够有效保证工作人员的安全[2]。

2无人机原理

2.1硬件系统。无人机硬件系统主要涵盖飞行平台以及地面站两方面内容。首先，飞行平台。无人机的飞行平台一般指机体本身，以整体角度分析涵盖机体、飞行系统、摄影系统以及通讯系统等。机体有涵盖：①飞行棋装置，起落架、螺旋桨、机翼、机身等；②动力装置，耗油设备、电池设备、马达等；③飞控设备，需要体现设计飞行任务，同时对飞机当前剩余电量、姿态角度以及地理位置等信息结束无线通信方式向地面站传送；④GPS导航系统；⑤传感器、云台等装置；⑥一些无人机还会配备降落伞与弹射架，主要根据降落方式与起飞方式确定。通常，测绘中相关无人机翼展在2m左右，选择碳纤维作为龙骨材料。选择木材、玻璃纤维或是航空泡沫作为机翼与机身材料，有效控制飞机自重。若是选择汽油作为动力能源则航行速度在100km/h左右，若是选择电池则速度在70km/h左右。其次，地面站。地面站主要是开展测绘活动时，工作人员操控的设备。主要涵盖监控系统、通讯系统以及任务系统3个部分。任务系统主要是测绘前为无人机飞行规划测量面积、航高、航向、航线以及照面重叠度等。对于通讯系统，主要是向监控系统实时传送无人机地理位置、剩余电量、空速、飞行轨迹以及姿态等，可以保证工作人员实时掌控无人机状况[3]。2.2无人机工作流程。在测绘工作中应用无人机时，主要涵盖三方面内容：①前期规划，需要进行现场勘查之后进行航线规划，因为地形存在差异，无人机起降点以及实际操作情况均会存在差异，并结合地形起伏情况合理控制像控点的密度，因此前期数据收集以及规划工作对于无人机运用效率具有重要作用。②外业测绘，主要涵盖飞无人机回收、飞行操控、航向预设、象限设定以及机体拼装等。③内业数据处理，主要涵盖以空三数据为基础构建模型以及处理影像信息，借助影像拼接、镶嵌以及裁剪等，获得处理数据。

3地形测绘中无人机应用分析

3.1立体采编技术的应用。借助无人机技术开展地形测量活动，可以有充分保障测量质量与精确度。无人机针对相关地区的森林、建筑与等地形完成航空摄影测量之后，会获得大量原始地质数据，通过科学运用内力立体信息，对无人机收集的相关地形信息展开科学处理与编制。处理数据是为了有效提高数据编制合理性和科学性，尽量采用人工操作手段，采编地址条件中水涯线、等高线以及其他重要数据，以有效提高设定产量的准确性与科学性。开展该项工作时，应该对地形结构、物体线节点以及其他数据信息进行充分控制，另外，还应该确保无人机开展航空拍摄活动中收集的数据资料具有较高准确度，若是数据缺乏准确性则会对采编合理性产生严重影响。开展房屋结构测绘工作时，测量人员应该充分描绘给类型房屋的外部轮廓，认真校正建筑的结构轮廓与外房檐。若是存在死角区域，应该认真进行标记，进而有效确保测量工作准确度与科学性，避免后续测量活动中业内立体数据出现编码不统一以及其他问题，进而导致政策测量结果出现偏差。3.2像控点布设的应用。针对山区或是城市地区开展地形测量活动时，在应用无人机过程中，应该先设置像控点，该工作主要涵盖两点内容，①网点设置区域；②像片控制点区域。设定区域网点过程中应该根据地面的平行高度进行科学划分，合理确定无人机航拍线路，通常应该设定8条基线与4条航线以有效提高无人机航行准确度。另外，针对各种崎岖山地、航线跨度等情况，可以针对性地划分6条或是2条不同航线，若是测量区域内的地形缺乏严格性，则应该设置相应航线。对于像片控制点区域测量活动，通常借助GPS技术设定控制节点，一般设定E级或是D级两种级别，以C级控制点为切入点，开展实际测绘工作时，可以借助相关控制设备科学设定网络PKT控制体系，以有效提高测量效率。在确保测量活动有序进行前提下，应该将无人机精确度特点有效发挥出来，科学设置CORS网络。借助RTK流动站为无人机的控制点提供有效保障，进而有效提高数据图的传输质量。另外，可以通过流动站数据实现拓展，根据测量区域中地形条件，精准设定投影参数与高程，促使不同数据之间能够充分进行互通。开展工作实践时，应该科学设置数字信息与数码影像的频率，同时相关监测点应该展开再次检测[4]。3.3空中三角测量的应用。三角测量主要涵盖解析三角测量与模拟测量2种形式。一般，会选择解析测量方法开展地形测绘工作，并与模拟方法进行对比，解析法的精度更高、速度更快。开展测量活动时，主要按照以下步骤开展：①空中加密；②三角点测量；③空中三角的加密测量。其中，第一种形式主要针对突出地物开展空中定位，开展空中测量活动时，应该科学设定标识线，保证距离合理性，例如，无人机摄影仪测量比例为1:1000，实际工作中，借助加密标识之后距离在1.0mm以上，后者实施时，若是测区内出现山谷、河道等，则设定无人机航线过程中，应该科学设定高度差值，以有效保证无人机在实际运行过程中的稳定性。对于特殊地形的测量，例如坡度较大的地形中，一般应该在空中进行三角加密点设置，同时加密点添加数量应该保持在2个以内，开展自由边缘规划过程中，需要针对测量区域范围内的控制点来进行有效的加密。另外，完成三角点加密之后应该继续进行测量，以有效提高测绘数据准确性。3.4补测操作的应用。开展地形测绘活动时，应用无人机技术过程中，应该充分重视测量盲点问题，根据实际测区中具体位置，科学设定与有效优化测量盲点，对于地形测绘中盲区问题，无人机完成信息收集之后，应该科学分析测绘数据。开展测绘实践时，借助无人机能够充分开展测区整体测绘工作，若是出现遗漏问题，可以通过原地形数据进行对比以及补充，充分保证测绘工作效率与质量。另外，还应该结合人工方式予以辅助，对于复杂地形中的测量盲区，测绘单位应该通过人工测量手段予以优化，进而有效提高测绘工作准确度。

4结语

当前，我国地形测绘领域中已经广泛使用无人机开展测量工作，有效提高测量精度与效率。在设计使用过程中应该充分注意立体采编技术的应用、像控点布设的应用、空中三角测量的应用、补测操作的应用等，进而保证无人机作用充分发挥出来。

参考文献

[1]吕扬,周庆,侯庆明,等.三维地理信息在辅助冬奥会规划设计决策中的应用——以2022年冬奥会延庆赛区为例[J].测绘通报,2019(10):133-137.

[2]李帅,张杰.低空无人机航测在大比例尺地形测绘中的应用[J].地矿测绘,2020(04):90-91.

[3]周冰,刘佳莹,吴岘.免外控无人机系统在电厂地形图测量中的应用及精度分析[J].测绘通报,2017(01):188-191.

[4]康学凯,王立阳.无人机倾斜摄影测量系统在大比例尺地形测绘中的应用研究[J].矿山测量,2017,45(06):49-52+57.

作者:卫军 单位:江苏火禾信息技术有限公司