摘要：工程测绘项目中，无人机测绘的应用更加普遍，目前在军事、建筑、电力、消防等领域均发挥了重要作用。文章从无人机测绘内容和作业特点出发，介绍了无人机影像处理技术在测绘项目中的应用，并结合工程实例进行分析，希望为无人机测绘技术的进一步发展提供理论基础。
关键词：无人机；作业特点；测绘项目；影像处理；预处理技术
在传统航空摄影测量领域，无人机测绘是一个重要的补充手段，具有灵活性强、准确率高、适用范围广、作业成本低的优势[1]。无人机测绘的原理，是在无人机上装载数码相机，技术人员在地面遥控完成摄影、测绘作业，并通过专业软件处理数据、生成测绘图。目前而言，无人机测绘已经成为一项技术支持，不仅创新了测绘工作方法，也促进了社会的发展。
1．无人机测绘内容和作业特点
1.1 测绘内容
第一，地形图测绘。按照地形图的精度要求，首先对无人机的拍摄角度、分辨率等参数进行调整，然后形成正射影像图，最后经专业软件合成即可。
第二，征地测量。针对征地项目进行测量，可以避免国家和个人之间出现纠纷。其中，土地坡度较大时，人们按照自己的标准进行测量是不行的，要参考国家标准进行测量。无人机测绘时，利用正射影像图勾绘出土地原貌，能获得各方的认可，减少矛盾纠纷。
第三，土石方测量。使用无人机测量土石方，看似是一个不可能完成的任务。实际上，无人机有固定的飞行高度，也就是无人机和地面之间的距离，根据无人机的飞行轨迹，可以得到高程值，利用专业软件即可计算出土石方量。
第四，新农村建设测绘。新农村建设中，针对房屋、道路、电力等项目进行测绘，根据实际调查需求拉边长、改正数据，从而提高测量数据的精准度。测绘完成后，得到的成图要满足《新农村建设测绘保障服务技术大纲》的要求。
1.2 作业特点
第一，航测反应快速。无人机航测时在低空飞行，对起降场地的要求小，基本不会受到地理、气象等条件的影响；在人工无法到达的危险区域，使用无人机还能保护人员安全[2]。一般来说，升空准备时间仅有十几分钟，不仅运输方便，而且操作简单，航测反应快速。
第二，区域受限制小。我国地域广阔，地形和气候复杂，利用遥感卫星采集数据时，会受到云层、积雪的影响。传统航空摄影有明确的规定限制，且存在安全风险，相比之下无人机测绘不受航高限制，成像精度和质量均明显提高。
第三，性价比高。无人机测绘可随时拍摄，在短时间内完成测绘任务，满足用户的工作需求，价格上具有明显优势。和人工测绘相比，无人机每日测绘范围达到几十平方公里，因此性价比更高。
第四，精准度高。在无人机上搭载数码相机、数字摄像机，可以得到地表、地物信息，利用基础影像数据，制作DEM、正射影像图、三维模型等。实践证实，获得的信息不仅精度高，还能方便后续软件处理。
2．无人机影像处理技术在测绘项目中的应用
2.1 空三加密技术
空三加密技术，以空中三角测量为基础，利用少量的野外控制点，在室内加密控制点，继而计算出加密点的高程、平面坐标。空三加密的作业过程是：①分析资料。了解航线、航片、旁向航向重叠度、航线跳接情况，确定航片内容，检查控制点的分布情况。②数据准备。转换航片数据，制作相机文件和控制点文件，建立测区并输入加密软件信息。③空三量测。内定向，选择航线偏移点，自动选择加密点并人工干预，量测控制点、检查点、接边点。④空三平差。依据空三平差程序，对空三量测数据进行计算，确保点观测精度、控制精度、接边精度均满足要求[3]。⑤整理成果，保证易读性和完整性。目前空三加密技术，主要分为模拟空中三角测量技术、解析空中三角测量技术两类，数据处理难度比较大。
2.2 数据预处理技术
数据预处理就是数据规范处理前，先进行一些简单的处理。例如：使用无人机获得地球物理面积观测数据时，汇总分析各项数据，选择出分布不规则的测网，进行插值、转换，形成规则的分布网；后续进行增强处理时，能方便软件进行计算，提高处理效率。数据预处理的作业过程是：①数据审核。从完整性、准确性两个角度进行审核，确保所有量测数据齐全，能真实反映客观情况，且数据没有错误。②数据筛选。数据审核后，如果部分数据不符合调查要求，也不能纠正错误，就要进行筛选，将明显错误的数据、不符合特定条件的数据进行剔除[4]。③数据排序。按照一定规则排列数据，方便发现数据的特征和趋势，为检查纠错、归类分组提供依据。
2.3 影像畸形改正技术
传统测量技术中，使用的是非量测相机，而无人机影像技术在大比例尺量测时使用单反，方便结合定焦相机。但是，无人机实际拍摄时，可能出现影像畸形问题，必须进行纠正和控制。在剖面测量数据中，对地震资料预处理时，会进行重新取样、多路编辑、垂直叠加等。然而实际航拍使用普通摄像机、无人机摄像头是有区别的，必须对影像进行修正，才能获得真实准确的数据。
3．工程实例分析
3.1 工程概况
四川广元为加快推进脱贫工作，打赢帮扶村脱贫攻坚战，于2018年开始，利用无人机专业技术优势，对帮扶村进行航拍测量，获取高分辨率数字正射影像、村落介绍照片和视频等数据，充分掌握全村的地貌、耕地、村落分布，为帮扶规划工作提供依据。其中，土地经营确权工作中，测区有效面积为1235km2，设置了987个控制点；无人机测绘时，使用尼康生产的D810相机，像幅为7360×4912；分15个架次，地面分辨率为0.15m。测绘作业完成后，共得到14500张影像图。
3.2 无人机测绘流程
以其中一个架次为例，展示DOM的制作流程，包括27个控制点、490张影像。第一，布控方案。首先制作快拼图，利用影像和POS快速拼接得到，能帮助外业人员打点，作为鸟瞰图使用。布控时，航带内7条基线、航带间1条基线布设1个点，在影像中标出布点范围；优先选择直线段硬化的路角、低矮的房顶角。第二，处理流程。对初始的航片进行扫描→外业控制测量→空三加密解析→全数字摄影测量的“三定向”→制作核线影像→影像匹配，手工绘制特征点并立体编辑→导入初值点、特征点线、立体交互的编辑结果，自动生成高程模型DEM→分析DEM，生成单像对的数字正射影像。第三，空三精度。对27个控制点的高程、平面坐标数据进行精度测算，绘制误差统计图。第四，生成DOM。在EOS中，进行DSM密集匹配、正射纠正、查找拼接线、匀光、羽化、镶嵌处理。如下图1所示，是接缝线编辑前后的对比。
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图1：接缝线编辑前后的对比图
3.3 精度控制
加密时，对控制点的布设要求高，如何布设才能减少干扰呢？第一，布设像控点不能按照常规方法，虽然常规方法在经济性、控点上有优势，但每条航线之间要连接像控点，像控点周围更多、更密集。加密过程中，航线之间连接平差会受影响，继而造成测量偏差，控制不当可能超出项目偏差要求[5]。第二，为了改善影像成果，最好采用全野外方法，但成片过多，会提高经济成本。对此，应在保证质量的前提下，采用性价比更高的平高网布点。
结语：
综上所述，随着信息技术的进步，无人机在测绘工程中的应用更加普遍，具有航测反应快速、区域受限制小、性价比高、精准度高的特点。文章以空三加密、数据预处理、影像畸形改正技术为例，分析了无人机影像处理技术的应用，结合工程实例介绍了测绘流程和精度控制方法，希望为实际测绘工作提供经验借鉴。
参考文献：
[1] 曾国宝.无人机影像处理技术在大比例尺基础测绘工程中的应用研究[J].世界有色金属,2018,(20):196-197.
[2] 陈晓龙,陈显龙,彭瑶瑶.无人机影像处理关键技术研究[J].北京测绘,2016,(3):24-27.
[3] 俞建康.采用无人机航测技术实现高速公路建设用地批后监测的探索[J].浙江国土资源,2019,(12):46-49.
[4] 张小惠,刘涛,答星,等.无人机城市控违动态监测的研究与应用[J].中南民族大学学报（自然科学版）,2019,38(4):613-619.
[5] 吴飞宇.无人机倾斜摄影技术在城市三维建模中的应用探讨[J].城市勘测,2019,(2):84-86.
论文作者:余强
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷23期
论文发表时间:2020/4/3
标签：无人机论文; 数据论文; 测量论文; 作业论文; 影像论文; 技术论文; 精度论文; 《建筑实践》2019年38卷23期论文;