小型无人机在大比例尺地形图测绘中的应用

李文鹏，杨益军，李天兰

（昆明理工金图科技有限公司，云南　昆明　６５００３１）

随着社会科技的不断进步，利用无人机航空摄影进行地形测绘的技术越来越成熟。通过研究小型无人机在大摘 要：

比例尺地形图测绘中的应用，结合实际生产，对无人机进行了多次测绘实验，对测图流程及无人机航测关键技术进行了详细的研究，为小型无人机在测绘领域中的发展提供了相关参考参考数据。

小型无人机；大比例尺地形图；测绘；应用关键词：

Ｐ２１７　　Ａ　 １００２－５０６５（２０１９）０５－０１９７－２中图分类号：文献标识码：文章编号：

Application of small UAV in surveying and Mapping of large scale Topographic Map

LI󰀁Wen-peng,YANG󰀁Yi-jun,LI󰀁Tian-lan

（Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊｉｎｔｕ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．，　Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００３１，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｃｉａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｂｙ　ＵＡＶ　ａｅｒｉａｌ　

ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｍａｔｕｒｅ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　ＵＡＶ　ｉｎ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｍａｐ，　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｃｔｕａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｎ　ｍａｎｙ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｔｏ　ＵＡＶ，　ａｎｄ　ｈａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｎ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＵＡＶ　ａｅｒｉａｌ　ｓｕｒｖｅｙ．　Ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｄａｔａ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　ＵＡＶ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ．Keywords: ｓｍａｌｌ　ＵＡＶ；　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｍａｐ；　ｍａｐｐｉｎｇ；　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

传统的地形图测绘方式大都采用全野外采集方式，例如全站仪和GPS-RTK等，存在的弊端也很明显，例如成图周期长，人力成本高，采集数据效率低。随着科技的不断发展，无人机的技术逐步成熟，利用航空摄影测量成为了我国较大范围地理信息主要的采集方法之一，全面的优化了传统测绘方法。但是，传统的航空测绘方法，受限于种种原因，无法满足小范围大比例尺地形图测绘所需要的条件[1]。本文就对小型无人机在大比例尺地形图测绘中的应用进行深入研究。

等，完完全全可以在方方面面影响让未来人们的生活。就目前而言，航拍技术需求最为急切。

2 小型无人机的结构特点

小型无人机的机构简单，无人机系统主要由无人机的飞行平台、非测量型照相机、保持平衡的稳定平台、地面控制站、传输信号的远程通信装置和对地型进行处理的数据处理软件组成。无人机由于体积小，无人驾驶，比传统的航拍测量更加方便，快捷，它对飞行场地的要求低，在各种恶劣的环境条件下都能够快速安全的起飞，并且，他不需要申请航空许可，体积小，便于人们随身携带。

无人机的操作原理和系统都很简单，所以，无人机在制作成本上，以及系统维护中都非常低廉，经济实在。操作灵敏，因为体积小巧，所以在作业方面也是非常灵活，图像成像成本价格低廉，所以，在整体上利用小型无人机航拍测绘地图所需要的成本比传统航拍更加经济实在。

人为驾驶的飞机飞行高度都普遍偏高。而小型无人机的飞行高度就比较低，所以在航拍测量的数据比传统航拍测量呃呃数据更加精准，获得更加精细的大比例尺影像，所以小型无人机在绘制小范围大比例尺地形图中更具有优势。同时，小型无人机对后续的数据能力也是非常强的，按照实际需要，可获得高度重叠的地形图影像，增强获得高精准度的数据处理能力。

1 小型无人机发展状况

“无人机”顾名思义就是无人驾驶的小型飞机，英文简写为“UAV”，具有的特点优势明显，主要是通过自带的程序控制设备和无线电传输信号对无人机进行控制，无人机的结构设备简单，造价低廉，能去到很多人们无法到达的地点进行作业[2]。同时，它不需要人对它进行驾驶，降低了很多的风险。

因此，它不但可以完成有人驾驶飞机的任务，同时还可以完成有人驾驶飞机不适合完成的任务。在面对自然灾害和突发事件时，无人机能起到一个很好的应急和预警作用。随着技术的不断改良，小型无人机运用的范围越来越广，成本也会越来越低，市场需求也就随之变得很大[3]。相信在未来，人工智能技术达到成熟，无人机的技术也就越来越成熟，各方面的性能也会趋于完美，不仅仅局限于航拍技术，在其他的各个方面也会有很好发展方向，例如物流、通信、防灾等

3 测区的大概情况

对于很多测量人员很难进入的地区，利用无人机进行航拍测量数据就显得十分必要，例如上海浦东地区的大治河入

２０１９－０２收稿日期：

李文鹏，男，生于１９８７年，汉族，云南昆明人，本科，工程师，作者简介：

副总，研究方向：测绘与国土调查。

海口南侧的潮间滩和四川盆地高山地区，测量人员及难进入的地区，利用无人机采集数据，既降低了绘制成本，又大大

2019年 3月上 世界有色金属197

节约人力资源。摄影测量矢量化后得到的特征点进行对比，依照对比结果对DOM矢量化后的数据进行对比纠正图形，以此将矢量化后的结果进一步精确，得到更加准确的成果图。为了获取测量地区有关地形地貌的高程数据特征所采用的方法是利用DSM软件以及在现场勘查时所收集有关地形地貌的高程数据。并将数据也输入ArcGIS成图软件中，将地形地貌数据特征绘入地图中，并将最终是矢量化结果转换到CAD中，在依照最终成图要求对地图进行修饰整理，最后将成果保存为DWG格式。

4 无人机的数据采集及处理

4.1 布测控制点

控制点的布置及数量非常重要，因为小型无人机在高空受高度、气流以及信号强弱等因素的影响，飞行状态并不是十分稳定，因此，小型无人机用于记录的信号的POS信息不具备绘制大比例尺测图的条件。所以要根据具体的地形以及绘制的难易程度和路的布测控制点，例如合理安排控制的数量以及控制点的地点。以保证其能够通过系统测量，合理利用GPS网络RTK进行测量，以保证所有控制点都能够精准覆盖，且精度均小于2cm，以保证绘图的准确度。4.2 影像数据的采集与整理

在绘图过程中，图像数据的采集是绘图的关键步骤，在进行采集数据之前，必要的准备工作就显得十分重要，决定后面采集的数据是否能用。采集数据之前的第一步就是将DJIGD软件接入无人机，对无人机进行飞行前的指南针校准，其次就是检查SD卡是否可用，还要检查无线电传输信号是否能准确接收，然后采用Altizuree软件进行此次飞行的航线路径设定，根据具体的测区范围进行飞行区域划分。例如测量区域的特点是东西方向宽，南北方向窄，可以将测区按东西方向化为五个区域，每个区域都是一个飞行架次。同时，在飞行航拍采集数据时要合理设计图像重叠度和飞行高度。最佳的图像重叠度就是采用设定航线重叠度85%和旁像重叠度为80%，高度要根据具体的地形进行设定。最后在按照设定好的路线起飞无人机，通过控制系统对无人机进行操控，并在远端实时查看利用无人机采集数据的具体情况。4.3 进行处理数据

飞行结束后要对采集的数据进行整理和处理，首先要导出拍摄的照片，并且需要把拍摄有像控点的照片挑选出来，再在每组像控点照片中选出六张照片进行备用，而像控点尽可能的留在照片中间，以避免照片畸形带来的影响，然后利用摄影测量自动建模软件对挑选出来的照片进行处理，为保证最终的得到数据精确，就要利用相片的曝光点对影像进行精确的处理，删除多余不要的影像。最后将像控点的数据软件中进行刺点处理，刺点位置尽量保证在照片中间取得。获得精确的数据之后要对数据进行计算，以便得到最终结果，而数据的处理方式主要有空三解法、点云加密，每种计算过程都需要通过专业的摄影测量处理软件自动完成，在软件上直接得出DSM与DOM数据结果，以供人们能够更加直接的观看数据结果，利用软件进行处理数据处理，在一定的程度上减轻了人工计算的难度以及人力制作成本。4.4 绘制地图

将上述计算得出的DOM数据直接输入ArcGIS软件中，将房屋、桥梁、道路、悬崖、山坡、树林、水泥、草坪等等具体的物体图层分别建立出来，并且依据DOM数据的分层矢量化处理。并且要把在野外采集的建筑物以及山丘草坪的具体特征点绘制到ArcGIS软件中，将其数据特征与

5 最终成果分析

将最终结果进行最终的精确度分析，主要就是将影像成像点数据与实测点数据进行全方位的对比分析，包括高程以及平面，并将数据结果进行准确的评估。以现场实测的高程点数据为评估基础数据，对DSM处理后得出的最终数据进行分析对比，得到实验最终的精确数值，按照国际绘制地图的精确度误差范围考核绘制的地图是否达标。而根据国家颁发的《1：5001：10001：2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》中要求1：1000比例尺平面和高程中误差分别为0.6m和0.4m，1：500比例尺平面和高程中误差分别为0.4m和0.4m，以此标准考核小型无人机在进行航拍测量绘制大比例尺地图中是否能够准确完成任务。

由测量数据显明，小型无人机在进行航拍、测量、绘制小范围大比例地图时非常精确，而在绘制大范围小比例地图时就没有达到很精确，由此可以看到，小型无人机用在绘制大比例地图时非常方便有效。

6 弊端分析

经过多次测量对比分析可知，小型无人机在进行航拍测量时，会受到很多因素的影响，例如飞行的高度，高空中的气流，航线的设定，照片重叠度，天气以及高空的温度等等，都会对无人机的航拍测量造成影响，因此，在使用小型无人机进行航拍测量时，除了要仔细检查无人机自身的系统和测量软件，还要充分考虑到测量环境、天气对无人机的影响。

7 结语

小型无人机的诞生，是社会进步的象征，是科技研发的成果。我们享受着科技带来的便利，同时也利用科技的成果改变我们的生活。利用无人机航拍测量，将地图更加精确地绘制出来，为人们的生活带来便利，也为科技的研发提供途径，将无人机系统进行进一步的改良，实现以新技术为依托，并且在保证测量精度的情况下，使绘制地图变得更加高效，更加快捷，并在很大的程度下改进现有的作业技术。

[1]󰀡周小杰,胡振彪,乔新.无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中

的应用[J].城市勘测,2019(01):63-66.

[2]󰀡侯莉.无人机在大比例尺地形图测绘中的应用[J].华北国土资

源,2018(06):59-60.

[3]󰀡冯冲.无人机在大比例尺地形图测绘中的应用与分析[D].北京建筑大

学,2017.

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