无人机摄影测量在高边坡测量中的应用

　　罗玉霜　

　　（福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000）

　　摘要：文章基于高边坡测量中的无人机摄影测量应用研究，阐述了无人机遥感技术及其摄影测量的特点，从航拍前的准备、像控点及起飞点选择和航线规划3方面分析了具体流程，并结合具体的工程测量案例，针对航测中的建模模糊、部分区块处理失败等方面的问题提出相应对策。

　　关键词：无人机摄影测量；高边坡测量；流程　　文献标识码：A　　中图分类号：U416

　　文章编号：2096-4137（2023）02-152-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2023.02.51

　　无人机航测技术在经济性、可操作性等方面的优势，得以在地理信息测量工作中广泛应用。无人机搭载的各种高清摄像头能够在一定的高度范围内进行地理环境的立体式广角拍摄，并且无人机摄像机的全自动拍摄，能够获取准确率较高的各种信息，在全景图像生成以及公路高边坡测绘中发挥着十分重要的作用。利用无人机摄影测量获得的地面景象真实性得到了进一步提升。获得的原始影像数据可以结合使用需要进行处理，确保图片的显示效果能够利用肉眼进行分辨。本文通过研究高边坡无人机摄影测量的具体应用流程以及相关问题的解决对策，旨在为今后无人机摄影测量技术在高边坡测量工作中的推广应用提供参考。

　　1　无人机遥感技术及其摄影测量特点

　　1.1　航拍遥感技术概述

　　无人机的航拍遥感技术是以无人机作为飞行平台，并在其内部设置高分辨率的数码相机，飞行高度一般控制在几千米以内，以此对地面进行连续摄影，从而获取地表各项影像数据的无人航空测量方法。一般而言，无人机的航拍遥感系统可以分为空中、地面和数据后处理３部分。空中部分是将测量人员制定的规划航线录入到飞行平台的控制器上，可实时监控无人机的真实飞行状态，具体包括无人机的平台、遥感传感器系统以及无人机的控制系统。地面部分则是由相关人员进行航行的规划参数设置以及后续的摄影数据传输，保证能够精确地控制无人机的飞行以及航拍过程。数据后处理部分则是由相关人员针对拍摄获得的目标区域原始摄影影像资料进行全方位处理，具体又可以分为影像数据的预处理和成果处理。

　　现如今，我国无人机航拍遥感系统已经逐渐发展成熟，可以在无人机飞行平台上搭载1 台或者多台分辨率较高的相机，并且无人机已经具备了垂直和倾斜摄影2 种功能，不仅能够对目标拍摄区域的影像从竖直的方向进行拍摄，能够从超低空进行多角度的摄影，客观反映出地面不同物体的详细轮廓和纹理信息，最终建立贴近目标区域真实状况的三维实景模型。

　　1.2　航拍摄影测量工作特点

　　与传统的地理测绘拍摄技术对比，无人机航拍摄影测量工作具备如下3 项基本特征。

　　1.2.1 优秀的反应能力

　　在地理测量工作中，无人机一般都会保持低空飞行状态，外界天气和环境变化对摄影测量带来的影响较小，并且无人机本身体积十分小巧，对于起飞和降落场地的要求较为一般，只需要保持场地的平整性即可。同时无人机在进行航拍摄影测量中无需驾驶员亲身进行操作，完全避免了之前航空摄影拍摄的人员安全问题。此外，无人机在航拍摄影测量时，只需要15s 便可完成升空，整体的摄影测量操作简洁、可行，且能够到达之前人工测量方式无法到达的区域，测量范围更广泛。

　　1.2.2 时效性和性价比特点

　　之前惯用的卫星遥感数据通常会出现数据存档以及拍摄时效性的问题。无人机航拍摄影测量技术的应用则完全避免了卫星遥感测量问题的发生，摄影测量工作不仅可以结合工作安排随时进行，同时能够以最短的时间完成目标区域的摄影测量工作，同步将摄影测量数据进行上传。与之前的卫星遥感测绘技术相比，无人机航拍摄影测量明显节约了项目的人力和资金成本投入。

　　2　高边坡测量中的无人机摄影测量流程

　　2.1 观察

　　在相关人员利用无人机摄影测量开展陌生区域的高边坡测量工作时，需要提前利用卫星地图软件对于将要拍摄的地点形成清晰的概念认知。卫星地图软件的应用可以帮助相关人员对于航拍区域内部的建筑物、停车场、道路、桥梁等建筑物的分布格局形成初步的了解，确定航拍区域的具体状况，并以此为基础选择无人机航拍的最佳角度和位置。此外，相关人员可以将区域内具备标志性的建筑物提前选定，对于整个航拍作业进行科学定位和标注，同时这些信息也是后续航拍计划制定的重要因素。相关人员可以根据真实的数据及区域内部分布形成无人机摄影测量的整体规划，保障最终的摄影测量工作效果达到预期。

　　2.2 起飞点和像控点的选择

　　考虑到无人机的体积较为小巧，对于起飞和降落场地的面积并没有太大的要求，只是要在视线开阔的区域进行操作即可。视野开阔的航拍区域能够为无人机的遥控信号和图像数据的传输提供便利。但需要注意的是，相关人员在无人机起飞点选择的过程中，需要综合考虑航拍画面的起幅及落幅位置上是否存在适当的前景。像控点的选择对于无人机航拍最终图像的数学精度会产生最为直接的影响，如果像控点的位置选择不够恰当，不仅会影响到航拍图片的最终质量，后续的实际观测工作难度也会有所提升。无人机摄影测量中的平面点、高程点和平高点均需要位于明显的目标点上，这里提及的明显目标点是影像位置能够利用肉眼明确分布的点。一般而言，理想状态下的明显目标是近乎直角状态和水平线状地物交点，又以固定的田角和道路交叉点为最佳。

　　2.3 航线的规划

　　相关人员在利用无人机摄影测量技术进行高边坡测量时，需要优先关注航线选择的安全性，确保在航行过程中不会遭遇特殊的气流或者其他的人为恶意攻击。同时，相关人员需要保证选择的航行具备良好的拍摄角度，保证最终的图像能够拥有较高的分辨率。此外，为了保证无人机能够将图像数据和信息及时进行上传，需要保障航线附近不存在较大的阻碍，并且需要尽量选择拍摄角度较广且航行距离较短的航线，降低无人机摄影测量的成本投入。

　　3　无人机摄影测量在高标边坡测量工程中的应用案例

　　我国某地的省道金上线正在开展高边坡的自然灾害治理工作，高边坡的总体测量面积为0.09km2，边坡的落差维持在90m 左右，坡度为45°。当地因长时间降雨产生了滑坡现象，并且边坡存在石头滚落的现象，影响到车辆的正常通行。在这种情况下，考虑到测量的高边坡已经出现滑坡状态，并且该山体拥有较大的自然坡度，目标测量区域的绝大部分位置无法凭借人力完成，且存在一定的安全隐患，因此选择了无人机摄影测量方法。本次无人机摄影测量工作的像控分布在滑坡体之外，且地质较为稳定安全的地方，并且测量区域的4 个角落需要设置平高控制点，平高控制点之间的基线数量需要小于等于6 条，而航线的间隔数要控制在4 条以内。在该项工程的高边坡测量环节，相关人员综合考察当地的地形以及点位的布设要求，设置了共计6 个空中三角测量控制点。

　　同时，为了保障测量最终图像的精准性，相关人员在测量区域内部设置了5 个检查点。因为本次测量的高边坡区域无法在影像上进行地物特征的有效识别，为了促进后续的影像数据处理工作顺利开展，像控点和检查点都利用了事先布置的方法。本次测量选择的是微单相机，这类相机相幅较小，畸变范围较大，能够很好地满足高边坡测量的精度需求，在正式摄影测量之前，利用了航天远景数码相机检校系统进行微单相机的检验。

　　因为本次无人机摄影测量工作使用的是非量测相机，相关人员为了降低影像的纠正误差，本次的航空拍摄以规范标准作为基础，将相片的重叠度适当加大，共形成了3 个飞行航代，航向的重叠度和旁向的重叠度分别为85% 和70%，相对的航空高度为150m。通过无人机摄影测量技术取得的照片利用航天远景数码相机畸变调整模块以及相应的检校参数进行去畸变处理。

　　因为本次高边坡测量工程处于滑坡地段，缺少足够的地物特征点，需要开展精度验证工作，主要是针对定位的精确度进行验证，具体的验证对象是在布设像控点时使用的平高点，可以利用矫正模块中的立体量测控制点和检查点对成果进行精度验证。在经过精度验证合格之后，可以利用全数字化的摄影平台相关模块建立测量成果的立体测图，最后将立体测图成果进行编辑输出。

　　4　高边坡测量中的无人机摄影测量常见问题及其解决方案

　　4.1 建模效果存在模糊现象。

　　常见问题引发的原因是无人机在拍摄过程中存在姿态失稳的现象。此外，设备的地面站软件设置不合理也是引发这种问题的主要原因之一。最好的解决方法是避免在光照强度过高的时间段和大风天气进行无人机的摄影测量。同时，在设置地面站软件的环节涉及拍摄时间间隔设置，可以适当地将时间间隔进行调大，确保无人机能够在一段时间内处于悬停状态，拥有足够的稳定拍摄姿态时间。

　　4.2 部分区块处理失败

　　在图像处理的过程中，可以用鼠标右键点击失败的区块进行任务重新提交。如果反复遭遇区块处理失败的现象，可以在整个数据处理完成之后，处理失败的任务重新进行提交。如若在摄影测量过程中使用的软件稳定性较差，处理失败的模块很容易导致后续任务全部处理失败，这也意味着用于无人机摄影测量图像处理的软件必须要及时进行更新，提高其稳定性。

　　4.3 合理选择生成格式以及划分区块

　　在无人机设备测量图像进行选择和处理时，相关人员需要科学地选择图像处理的格式，OSGB 是最为通用的模式，但却无法在Smart 3D 中划分区块进行处理，形成的最后结果无索引文件，无法利用3D Viewer 进行显示，意味着OSGB 的格式需要避免划分区块，且对于电脑的配置要求相对较高，尤其在内存方面表现明显。S3C 作为软件固有的格式，在软件兼容性方面有明显的优势，可以客观展示各种成果，其余的文件处理格式可以结合高边坡测量的具体需求自主确定。

　　5　结语

　　高边坡测量作为我国公路工程建设以及地质灾害防治等项目的重要环节，考虑到部分高边坡测量无法利用人工测量的方法，再加之国内无人机航拍技术逐渐发展成熟，无人机摄影测量技术可以由相关人员综合考虑高边坡测量区域的真实状况，合理选择起飞点、像控点并科学地规划航拍路线，能够全方位获取高边坡测量区域的各项地理数据，通过后台软件的精密处理，确保相关人员能够以最短的时间获得高边坡测量的相关地理信息，建立完善的三维立体模型，为后续各项工作的开展提供必要的数据和图像支持。

　　基金项目：2 0 21年福建水利电力职业技术学院科研项目（YJKJ2108B）。

　　作者简介：罗玉霜（1976-），女，福建三明人，福建水利电力职业技术学院讲师，研究方向：测量工程。

　　参考文献

　　[1]钟乔平，杨燕，王俊.无人机倾斜摄影测量在水库大坝高边坡清基开挖中的应用研究[J].水利技术监督， 2021(11):38-41.

　　[2]相诗尧，徐润，张常勇，等.基于无人机倾斜摄影技术的高速公路边坡三维重建[J].中外公路，2020，40(5):10- 12.

　　[3]张际泽，刘礼.无人机摄影测量在工程建设中的应用 [J].四川水力发电，2020，39(4):69-73.

　　[4]程琦.无人机技术在水利工程高边坡危岩调查中的应用[J].水利科学与寒区工程，2020，3(4):98-100.

　　[5]林小勇.无人机倾斜摄影在公路边坡巡检中的应用 [J].中国建材科技，2020，29(3):158-160.

　　（责任编辑：肖央然）