无人机摄影测量技术在地形图更新中的作用

无人机摄影测量技术在地形图更新中的作用

黄嘉  李锦滔

东莞市厚资测绘有限公司

摘要：地形图是地理信息系统中不可或缺的基础数据，对于城市规划、资源管理、环境监测等领域具有重要意义。随着城市化进程的加快和自然环境的不断变化，地形图的及时更新变得尤为重要。传统的地形图更新方法，如地面测量和卫星遥感，存在效率低下、成本高昂、更新周期长等问题。无人机摄影测量技术以其快速、灵活、成本效益高的特点，为地形图的快速更新提供了新的解决方案。本文将探讨无人机摄影测量技术在地形图更新中的具体应用，并与传统方法进行比较，以评估其在地形图更新中的潜力和优势。

关键词：无人机摄影测量；地形图更新；效率；成本效益

1. 无人机摄影测量技术概述

1.1 无人机平台分类与特点

无人机平台按照不同的构型可以分为固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机等。固定翼无人机以其较快的飞行速度和较高的巡航效率，在军用和多数民用领域中占据主流地位。无人直升机以其卓越的灵活性脱颖而出，能够实现原地垂直起飞和悬停，适应多种复杂的起降环境。多旋翼无人机以其操作简单、成本较低的特点，成为消费级和部分民用用途的首选平台，其灵活性介于固定翼和直升机之间。此外，还有伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等小种类无人机平台，它们各自具有独特的应用场景和优势[1]。

1.2 摄影测量技术原理

摄影测量技术是一种通过摄影机捕捉目标物体的影像，并利用影像的几何关系和摄影测量原理来获取目标物体的空间位置、形状和尺度等信息的技术。其基本原理涉及内方位元素和外方位元素两个方面。内方位元素指的是摄影机的内部参数，如焦距、主点位置等，这些参数需要精确标定以确保影像的准确性。外方位元素则涉及摄影测量的外部参数，包括摄影机的位置和姿态，通过测量控制点的坐标和摄影机与控制点的相对方位关系来计算得出。摄影测量技术的应用范围广泛，包括地理信息系统、土地资源调查、城市规划等领域，通过数字摄影测量技术的应用，结合数字相机和计算机软件，实现了快速高效的摄影测量工作。

1.3 数据处理技术与精度评估

数据处理技术是无人机摄影测量中的关键环节，涉及从原始影像数据中提取精确的地形信息。这包括影像的校正、特征点的匹配、三维模型的构建等步骤。精度评估则是对数据处理结果的准确性进行验证，常用的方法包括利用已知坐标的控制点进行比较分析，以及使用统计指标如平均误差、平均绝对误差和均方根误差等来量化评估结果。随着技术的发展，公开DEM数据的精度评估方法也在不断进步，例如利用机场跑道数据进行境外高程精度评估，为不同DEM数据的高程精度提供了新的评估和优选方法。这些技术的发展和应用，对于提高地形图更新的效率和准确性具有重要意义[2]。

2. 无人机技术在地形图更新中的应用

无人机技术在地形图更新中的应用主要体现在其能够提供快速、高效、低成本的地理信息数据采集能力。具体来说，无人机搭载高分辨率相机或激光扫描仪，能够快速获取大范围的地表信息。通过航拍图像的拼接处理，可以生成详细的地形图和三维模型，为土地规划和利用提供数据支持。无人机技术的应用，使得地形图更新的效率和精度得到了显著提升。例如，在土地勘测领域，无人机可以定期飞行拍摄，实时监控土地变化，通过对比不同时间点的影像数据，可以及时发现土地利用的变化情况。此外，无人机技术还可以用于监测环境变化，例如土壤侵蚀、植被覆盖度变化等，通过对这些数据的分析，可以评估人类活动对环境的影响，并制定相应的保护措施。在实际应用中，无人机技术在地形图更新中展现出了明显的优势。例如，湖南省第一测绘院在醴陵市地形图更新项目中，利用无人机单镜头正射航飞技术，通过高重叠度影像，在立体采集时，可由内业直接进行室内屋檐改正，减少外业调绘工作量，达到大范围快速更新大比例尺地形图的目的。这种方法不仅提高了地形图更新的效率，还保证了更新结果的精度，满足了城市建筑区和平坦地区高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差为0.15m的要求。因此，无人机技术在地形图更新中的应用，不仅提高了地形图的更新速度，也提升了地形图的精度和可靠性，为城市规划、资源管理和环境监测等领域提供了强有力的数据支持。

3. 无人机技术与传统方法的比较

3.1 效率对比

无人机技术在地形图更新中的效率对比传统方法具有显著优势。相较于人工地面测量和车载测量，无人机能够快速覆盖大面积区域，大大缩短了数据采集时间。固定翼无人机因其较快的飞行速度，适合于大范围的测绘任务，而多旋翼无人机则在小范围、复杂地形区域显示出更高的灵活性和效率。例如，在测绘地形为目的的空中摄影中，无人机能够实现竖直摄影，按规定像片倾角应小于2°~3°，这种摄影方式称为竖直摄影，主要用于测绘地形图。无人机的高效率不仅体现在数据采集上，还包括数据处理流程的自动化，减少了人工干预，提高了整体工作效率[3]。

3.2 成本效益分析

成本效益分析显示，无人机技术在地形图更新中更具经济效益。传统的测绘方法需要大量的人力物力，而无人机通过减少外业工作量，降低了人力成本和时间成本。无人机平台的购置和维护成本相对较低，尤其是多旋翼无人机，因其操作简单、成本较低，成为消费级和部分民用用途的首选平台。此外，无人机的高效作业能力减少了重复工作和错误修正的成本，使得项目的整体成本更低。在经济效益方面，无人机技术的应用不仅减少了经济支出，还因其快速获取数据的能力，加快了项目进度，提高了资金的周转效率。

3.3 精度和可靠性评估

在精度和可靠性方面，无人机技术已经能够满足地形图更新的精度要求。通过搭载高分辨率相机和先进的传感器，无人机能够提供高分辨率的影像数据，这些数据经过专业的数据处理技术，可以生成精确的地形图。例如，高分七号卫星搭载的激光测高系统获取的高精度高程信息，可辅助开展全球1:10000立体测图和大面积的地理信息数据更新。无人机获取的数据经过后期处理，其精度可以达到甚至超过传统方法。在可靠性方面，无人机技术通过多重冗余设计和飞行控制系统的优化，提高了飞行的安全性和数据的可靠性。此外，无人机的重复性和一致性也保证了数据的可靠性，使得地形图更新的结果更加稳定和可靠。

4. 无人机技术面临的挑战与发展趋势

无人机技术在地形图更新中的应用前景广阔，但同时也面临着一系列挑战和发展趋势。首先，在技术层面，无人机需要进一步提升自主飞行能力，包括更高精度的定位和导航能力，以及更强的决策和规划能力，以应对各种复杂环境和突发情况。其次，随着无人机数量的增加，空中交通管理成为一个重要挑战，需建立完善的无人机飞行规则和监管机制。此外，长航时和高负载能力的提升也是无人机技术发展的关键。在应用领域，无人机技术将进一步拓展，如环保监测、灾害救援、医疗急救等，随着需求的增长和技术的进步，无人机将在更多领域得到应用。同时，无人机行业将不断推陈出新，实现更加智能化、自主化的发展。人工智能、机器学习等技术的不断应用，将使无人机具备更强的自主决策和学习能力。然而，无人机的普及和广泛应用可能引发隐私和安全方面的担忧。如何平衡无人机的便利性和个人隐私、公共安全之间的关系是一个需要重视的问题。技术标准和监管政策的制定和完善将成为行业发展的重要任务，安全隐患和隐私保护问题需要得到更加有效的解决。

5. 结语

无人机摄影测量技术以其独特的优势，在地形图更新领域展现出巨大的应用潜力。未来的研究应进一步探索无人机技术与人工智能、大数据等技术的融合，以提高地形图更新的智能化水平和应用效果，为地理信息的快速更新和精确管理提供更强有力的技术支持。

参考文献

[1] 王红莲.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用[J].引文版:工程技术, 2015, 000(022):261-261.

[2] 余达平.无人机摄影测量技术在线路工程勘测中的应用研究[J].低碳世界, 2017(22):2.DOI:CNKI:SUN:DTSJ.0.2017-22-183.

[3] 许来雨.无人机航空摄影测量技术在地形图测绘中的应用探析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术, 2024(003):000.