王海龙
北京东方园林环境股份有限公司 100015
摘要：
针对工程测绘测量，在简述基于无人机遥感的工程测绘测量工艺流程的基础上，结合某测区实例，对其测绘测量过程中无人机遥感技术的具体应用进行深入分析，并验证了基于无人机遥感技术的测绘测量成果精度，旨在为无人机遥感技术在类似情况中的应用提供参考借鉴，为技术的后续广泛应用及发展提供实践依据。
关键词 ：无人机遥感 ；工程测绘测量 ；应用效果
前言
如今，无论是城镇规划建设还是工程建设、管理，都对测绘测量提出了极高的要求，为快速地完成测绘测量任务，并减少人力资源的投入，无人机遥感成为首选技术措施，它是对传统测绘测量技术的有力补充，不仅灵活机动、高效快速，而且有着十分广泛的适用范围，能很好地在不便于采用传统手段进行测绘测量的区域中使用，减轻测绘人员工作量，并消除安全隐患，保证测绘测量工作顺利、安全、高效完成。
1.无人机遥感技术与其工艺流程分析
无人机遥感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing）将无人机技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通信技术、GPS差分定位技术与遥感应用技术等多项先进技术集为一体，可获取国土资源、自然环境与地震灾区等进行专用化、自动化和智能化的空间遥感信息，同时还能对遥感数据进行处理、建模与应用分析。因这项技术具有良好的经济性、机动性与快速性，所以是现阶段世界不同国家和地区大力发展与应用的热点技术，目前已经从前提的研究开发过渡至实际应用，是将来很长一段时间内的重要航空遥感技术。其中，无人机主要由无线电遥控系统与计算机程控系统来操控，具有结构简单和成本低的优势，除了可以完成普通飞机能完成的任务，还能完成普通飞机无法完成的任务，比如在危险区域进行地质灾害调查等。无人机遥感技术的主要特点是将无人机作为空中平台，由遥感传感器进行信息获取，然后用计算机分析处理各类图像信息，最后按照精度要求实现图像的制作。
采用无人机进行工程测绘测量主要按外-内-外-内的模式实施，首先，采用无人机进行航空摄影 ；然后，在内业以控制测量成果为依据开展空三加密与立体测图；最后，以内业测绘成果为依据进行补测与调绘，在补测与调绘结束后，对成果进行最终编辑和提交。
2.测区概况与测绘方案设计
测区整体呈南北方向，南北方向长1.1 km左右，东西方向长0.8 km左右，地势较为平坦，总占地面积约0.8 km2。对该测区进行测绘使用S1000型无人机，该无人机具有飞行前准备工作较为方便，对飞行的起降场地没有太高要求等优势，在小范围航测中十分适用，其主要技术参数包括 ：整机重量约4 kg，最大可支持起飞重量约11 kg，续航时间约15 min，有效作业时间约12 min。无人机搭载微单相机，主要技术参数包括 ：相机焦距为35 mm，传感器的尺寸为35.9 mm×24 mm，最大像素为3700万，相片的尺寸为7 360×4 912像素，总重量465g，有效像素为3600万。
为对不同航高条件下无人机航测成果的精度和实际工作效率进行测试，制定了如下三套方案，共能获取1304张航片。
方案一 ：绝对航高取100 m，航向与旁向重叠度分别为70%、50%，水平方向飞行速度为5 m/s，垂直放线飞行速度为3 m/s。该方案的航摄面积为0.68 km2，共获取708张影像，影像的像幅为97 m×65 m，数据量共15.7 G。
方案二 ：绝对航高取150 m，航向与旁向重叠度分别为70%、50%，水平方向飞行速度为5 m/s，垂直放线飞行速度为3 m/s。该方案的航摄面积为0.74 km2，共获取334张影像，影像的像幅为148 m×99 m，数据量共9.2 G。
方案三 ：绝对航高取200 m，航向与旁向重叠度分别为70%、50%，水平方向飞行速度为5 m/s，垂直放线飞行速度为3 m/s。该方案的航摄面积为0.85 km2，共获取262张影像，影像的像幅为194 m×130 m，数据量共7.02 G。
因无人机在飞行时POS数据普遍精度不高，所以要尽可能多地进行控制点布设，以保证成图精度。以现行操作规范为依据，该测区的像控点严格按照以下原则进行布设 ：在测区的周围均匀布设 ；控制点的密度应满足每100张至少6个点的要求 ；将控制点尽量布设于航向与旁向重叠的中线周围，若较为困难，则可直接布设于航向重叠当中；对于面积较大的无特征区域，可在其周围进行控制点的布设。
为有效提高精度，在本次测绘中共布设了43个控制点。
3.内业处理
3.1 畸变纠正
无人机航摄实际上就是在无人机上搭接相机对测区实施航拍，由此获得的影像可能存在由于镜头设计、加工与制造的方面的原因产生畸变误差，比如由于镜头的形状有缺陷产生径向畸变，或由于光学系统的光心和几何中心存在偏差产生偏心畸变。因畸变差会对后续的空三加密精度造成很大的影响，没有进行畸变纠正，将使航摄影像不能在空三测量等一系列后续处理过程中使用。所以在正式开始空三加密之前，要对相应的成果做畸变差修正。上述三个方案对应的畸变纠正结果如表1所示。
表1 不同方案对应的畸变纠正结果
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从表1数据可知，相比之下，径向畸变系数更大，而切向畸变系数则相对较小，这和理论研究后得出的成果完全相符。
3.2 空三加密和数字测图
航测数据处理需采用Pix4D等专门的软件进行，利用软件，能对原始影像对应的外方位元素进行自动计算，然后在平差技术的支持下，对影像予以自动校准，同时为正射和点云等影像的后续生产提供支持。然而，对Pix4D软件而言，现阶段还不能实现数字测图。作为全新数字化摄影测量软件，Virtuo Zo2014是将影像匹配作为核心，功能十分强大，可以对空间地理数据进行生产。在该软件当中，不仅能以生成的成果为依据完成各项后续处理，包括DOM、数字测图与DEM，还能通过对其他不同软件的使用，结合不同的成果实施后续处理，以此得到不同类型的数字产品。
3.3 精度检测与分析
对以上三个方案得出的成果进行空三加密和数字测图，然后在测区覆盖范围内随机且均匀地选择特征点，其中，平面特征点共321个，高程特征点共100个，获得三个方案对应的坐标成果。之后借助Tri mble R8-3，以SZGNSS-CORS为基础，对不同的特征点实施实地坐标的采集，以此检测出不同方案所获成果在平面及高程上的精度，精度检查点的分布如图1所示。
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图1 精度检查点分布
基于研究成果分析结果，不同方案在重叠度保持不变的条件下，只对航高进行调整，在这种情况下，当航高取100 m时，点位中误差为44.89 mm ；当航高取150 m时，点位中误差为45.90 mm ；当航高取200 m时，点位中误差为53.74 mm，虽然点位中误差不断增加，但成果精度的衰减情况相对较小，都可以达到规范提出的0.25 m以内的精度要求。当航高取100 m时，高程中误差为0.11 m ；当航高取150 m时，高程中误差为0.12 m ；当航高取200 m时，高程中误差与150 m航高的情况相同，均为0.12 m，可见高程精度衰减同样相对较小，都可以满足规范提出的0.15 m以内的要求。对此，若从成图精度角度讲，采用以上航测系统采用不同的航高获取的成果，本质上没有太大的差别，均可以在比较高的程度上符合精度要求，包括平面精度与高程精度。然而，若从无人机设备限制角度讲（现阶段该型号无人机可以使用的电池，通常情况下只可以续航10~15 min），为了使航摄成果具有更好的分辨率，建议采用200 m的航高来作业，以弥补无人机续航时间相对较短的不足，提高实际的生产效率。
结束语：
综上所述，采用无人机航测获得地形图，可以满足相应比例尺提出的精度要求。但由于无人机自身存在各项弱点，比如由于受到风力的影响、续航时间相对较短、数据量较为庞大和影像的像幅不大等，还需要在今后的工作中进一步加强分析研究，尽早提出有效解决和弥补方式，从而将不利因素的影响降至最低，使无人机在工程测绘测量领域得到更加广泛的应用。
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