无人机低空摄影测量在地形图测绘中的应用

无人机低空摄影测量在地形图测绘中的

应用

摘要：新时期社会发展下地形图测绘应用范围逐渐扩大，无人机低空摄影测

量在地形图测绘工作中发挥了重要作用。文章对无人机低空摄影测量的优势、关

键技术进行分析，探讨无人机低空摄影测量在地形图测绘中的应用

关键字：无人机；低空摄影；地形图；摄影测量

引言

无人机低空摄影测量是现代地形图测绘的关键载体与重要保障，在提升地形

图测绘精度、促进测绘事业发展等方面扮演着不可替代的关键角色。无人机低空

摄影测量以专业化无人机等设备仪器为基本依托，对目标地形区域进行数据信息

的分析研究与界定，是掌握地形信息数据的关键技术手段。

1无人机低空摄影测量概述

1.1无人机低空航摄系统简介

近些年，我国对无人机系统的研发及发展给予了足够的重视。从行业领域来

说，不论是自然灾害的应急事件、海洋环境的调查，还是精准农业等各个领域的

研究需要，无人机的均做出重要贡献。中国测绘学会通过多次低空无人机航测实

验，在各种航空摄影测量设备的研制上也取得了重大突破。经过几年的发展，无

人机技术已逐渐成为满足我国社会经济发展、数字城市建设、应急救援、地质灾

害、突发事件处置、环境监测、矿井监测、工程设计等多项需求的一项重要技术

之一。无人机航摄系统的快速发展，使其作为卫星遥感和航空遥感的有益补充手

段，具有与其他遥感方式相比明显的优势。作为一种新型的遥感手段，无人机航

摄系统经常以无人飞艇、无人固定翼机、无人直升机、无人多旋翼飞行器和无人

伞翼机等作为搭载平台。其中，无人飞艇以其巡航速度慢，飞行平稳，留空时间

长的优势在低空巡逻及监视方面表现优异。直升飞机具有对起降场地要求不苛刻、

抗风能力强、续航时间长、可灵活作业以及飞行稳定等特点。而采用常规布局的

固定翼无人机以其高机动性、高荷载性以及气动性能好等优点，能够搭载各种任

务设备并且出色完成远距离航拍和巡线等任务。

1.2无人机航空摄影测量在地形图测绘中的发展

跟随地理科技产业的开展和应用技术的普遍宣传，城乡建设发展遥遥领先，

遥感技术是目前地理信息领域的推广逻辑，从而取得了广大工作人员的认可和关

注，无人机遥感航拍科技的出现为测绘领域数据的获取渠道输入了新鲜的血液，

卫星遥感的优势毫无疑问，因此无人机航摄得到了国家测绘地理信息局积极推广

及宣传。无人机高空摄影测绘技术的工作体系已形成了测量系统的主要核心，各

个体系紧密结合，其中电动装置系统及燃油系统是该技术的关键要素，测量系统

是航空摄影测量技术的关键部分，也是无人机航空摄影对现代科技与技术的配合，

同时展现出更多专业性的优点，主要有：“重量轻、体积小、反应迅速、飞行便

捷、精度高的重要特点”。在我国往后的测绘工作近20年内的开拓路线为：

“建设测绘强国、发展优质企业、检测地理国情、构建数字中国”。地理国情是

国情的一部分。通过对地理空间和自然环境的反映和揭示一个国家的综合国情，

所以，地理国情技术工作目前已成为国内测绘单位的关键工作，并在很长的时间

段成为首要工作节点。地理国情监测平台顺势而生，不可言喻无人机的航空影像

获取和遥感监测将得到极大的发挥。因此，国家测绘地理信息局最近几年屡次在

全国各地举办低空无人机遥感航拍演练，同时率先让各个省级测绘单位优先使用，

并推广到市县级单位，为此无人机遥感航拍在测绘范围得到快速发扬及推广。

1.3无人机低空摄影测量优势

传统的1:500地形图生产都是通过利用GPS-RTK外业实测完成的，这种作业

方式具有效率低、风险高、工期长、费时费力、成本高等特点。随着无人机技术

的迅速发展和软件算法的不断优化，利用无人机挂载单镜头相机获取影像，然后

利用摄影测量软件进行空中三角测量解算，导入像控点进行平差调整，将虚拟空

三坐标成果转为目标坐标系下的成果。利用地形图采集软件，在虚拟环境下，通

过恢复空三成果获得立体像对，然后进行地形图采集，这种作业方式较传统的全

外业方式，具有风险低、工期较短、省时节资的特点，可以满足1:1000地形图

精度的要求，但是很难满足1:500地形图精度要求，且无人机相机均是采用非量

测相机，影像畸变大，像幅小，效率也不高。采集方式是基于立体像对采集，这

种作业方式对作业员的技术水平要求高，也有一定的局限性。随着无人机荷载能

力的提升和倾斜摄影技术的出现，无人机倾斜摄影建模成为测绘产品生产的主流

作业方式，倾斜摄影自动化生产的模型，具有真实、高精度的特点。

2低空摄影测量成图的关键技术

第一，摄影外业控制测量。摄影外业控制测量是无人机低空摄影测量成图的

关键技术方法，需要综合协调基础控制测量和像控点联测之间的关系，在数据交

互方面保持同步逻辑关系，确保最终测量成图的精度。随着当前测量技术方法的

创新与进步，摄影外业控制测量的应用愈发成熟，实现了像片控制点的进一步细

分，使平面控制点、高程控制点和平面高程控制点等有机结合起来，可在更加复

杂的地形环境条件下开展绘图测图工作，适用性与针对性更强。同时，在空中三

角测量方法的支持下，可满足地形图测绘统一布设、统一测量等方面的实际测绘

需求。第二，摄影内业处理技术。与摄影外业控制测量相类似，摄影内业处理技

术同样至关重要，与最终地形图测绘效果密切相关。在摄影内业处理中，主要包

括数据预处理、自动空三加密和3D产品生产等方面的构成要素，上述不同的构

成要素在地形图测绘过程中所承担的职能有所差异，所形成的测绘数据对应关系

存在明显不同，需根据目标测绘区域的实际状况进行科学处理。在地形图测绘数

据处理方面，应首先根据无人机低空摄影测量所获取到的数据信息，在测区参数

的作用下，对其进行细化分解，通过系统软件技术得到核心数据层，并对畸变差

进行科学校验与控制，最终得到地形图测绘产品。

3无人机低空摄影测量在地形图测绘中的应用

3.1数字地球的合理应用

无人机技术的应用是以计算机为前提条件，有效结合社会发展与经济发展消

息，涉及的范围非常广，仅仅依靠一个团体或者一个部门无法有效完成。因此，

各个部门之间必须做好协调工作。数字地球在具体应用过程中需要将信息技术、

科技技术、空间技术等多方面的学科知识有效结合，将经济、社会发展等各方面

的信息有效整合，同时在同一地理坐标上进行加载，并采取数字储存的方式将其

统一储存于计算机中，从而形成多样化、内容完整的信息资源库，有助于以后的

资料查找。

3.2数据获取

第一，任务区概括。任务区地形属于山地，测区面积约1.5平方公里，测区

范围内，高差约150米，一到二层房屋面积约占测区的2/3，其余以地形为主，

地形较裸露。第二，航线规划。结合已有的无人机性能和测区地形，将任务区分

为2个架次，旁向、航向重叠度均设置为80%，地面采样分辨率设置为0.05米，

并在规划时将航线外扩2个航高，以确保测区边缘模型完整，完成航线的布设并

提交任务至无人机。第三，像控点测量。根据范围线和地形，按照300米间距均

匀布设像控点23个，并完成像控点的喷绘与坐标采集。为了对后续生产的地形

图精度进行检测，在采集像控点的时候，在测区随机均匀的采集了35个平高点

作为检测点，检测点主要是房角点、道路交叉口等在地形图上可以明显反应出来

的点位。第四，影像数据获取。在完成像控点的喷绘与采集后，对测区按照已有

的航线进行影像拍照，完成2架次影像数据的采集。影像获取完成后，查看影像

质量，删除试拍影像，共获取有效影像15895张，整理POS数据，使POS和影像

一对应。

3.3航摄实施

航摄实施环节是无人机低空摄影测量的核心环节，在地形图测绘中始终处于

基础性地位。在此环节中，应首先对无人机系统设备的工作状态进行充分研判，

对无人机操控人员进行专项培训与指导，使其全面掌握无人机低空摄影测量的具

体操作规范与技术要求，精准控制无人机飞行中的各项注意事项，严格按照相关

技术要求进行操作，确保无人机飞行过程平稳有序。通常情况下，为确保无人机

低空摄影测量效果，应对旋偏角、倾角和重叠度等进行动态化调整优化。由于无

人机低空摄影测量易受风力的影响，因此在有风的天气环境条件下，尤其要加装

补偿器，改进无人机硬件，并在考虑测区地形地貌、地面分辨率和成果精度等要

素的基础上，通过软件设计对控制点布设进行改善优化，对测绘图像作出精细化

纠正。

3.4大比例尺地形图生产

打开EPS软件，选择1:500标准数据库，将OSGB格式的实景三维模型加载

到清华三维EPS软件中，然后再加载超大正射影像，然后基于EPS软件在实景三

维模型上进行地形图的采集。加载的正射影像，可以作为参考查看采集的成果是

否套合合适。根据个人习惯，也可基于正射影像图采集平面地物，如道路、井盖

等。采集完成后，将成果以图纸的形式输出，提供给外业调绘组，对成果进行调

绘。外业主要调绘井盖属性、丢漏的井盖、路灯、电杆等，并对电线属性等进行

调绘，然后基于EPS软件，结合调绘成果，对地形图成果进行完善，利用EPS质

检模块，对地形图中存在的问题进行修改、编辑，直到成果合格。

3.5空三加密

导入影像并自动匹配连接点，然后导入地面控制点，并进行刺点。对于数码

影像，可运用匹配加连接点的方式进入平差编辑界面，软件会将影像叠拼图与控

制点叠加在一起，可根据控制点大图在叠拼图通过匹配加连接点进入刺点。使用

匹配加连接点功能在叠拼图上单击后，软件会自动对该位置进行预测，然后进入

精调界面进行调整，并在ID里面修改点名保存即可。

4无人机低空摄影技术的发展前景

第一，有序化测绘调控技术。随着现代地形图测绘要求的不断提高，无人机

低空摄影测量将会充分融入有序化测绘调控技术，以充分提高影像数据的准确性，

使影像画面更加精准有效。有序化测绘调控技术需要在相关成熟测绘理论的指导

下进行转换，按照特定导航系统的约束条件，对无人机低空飞行区域进行细化分

解，在主客观条件允许的情况下设定摄影时间，并对控制点进行精准定位。第二，

智能变形监测。在信息化技术的支持下，无人机低空摄影测量可与其他多类型、

多用途的测量技术有机结合起来，有效实施智能变形监测。当变形监测数据偏离

值超出特定范围后，则数据处理中心将会自动进行响应与处理，为技术人员进行

科学应对提供参考。第三，在地形图测绘信息提取中的作用。无人机低空摄影测

量具有广阔的发展空间。计算机信息技术的摄影测量与遥感技术，与其他类型的

传感器直接相关，如高分辨率遥感卫星摄影测量物体密集点云、密集点云的动作

摄影扫描仪、城市建筑测绘POS系统、山形等，最终实现统一的坐标系统。利用

照相测量和遥感技术，直接确定地面点云提取的特征对象结构，基于三维点云的

特征点，再进行颜色绘图，提取特征点。

结语

综上所述，随着现代化建设发展不断加快，无人机测绘改进了传统测绘技术

中的弊端，更加适应建筑工程测绘中的各项高标准要求。随着信息化技术、自动

化技术的进一步发展，无人机测绘将与时俱进，继续完善和提升，能够满足各方

面对地图测绘的需求，最大限度满足社会发展，实现我国社会经济的稳定提升。

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