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中国科技期刊数据库 工业 A 21 基于无人机航空摄影测量的地形建模与分析 蔡 妮 贵港市恒港勘察测绘有限公司，广西 贵港 537100 摘要：摘要：无人机航空摄影测量技术的快速发展和广泛应用为地形建模与分析提供了全新的解决方案。地形建模与分析是对地球表面的几何特征进行测量、重建和分析的过程，具有广泛的应用领域，包括城市规划、环境保护、农业管理等。在过去，地形建模与分析主要依赖于传统的测量方法，如地面测量仪器和航空摄影测量。然而，这些方法存在成本高、效率低、难以获取大范围数据等问题。随着无人机航空摄影测量技术的发展，利用无人机进行地形建模与分析成为一种更加高效、灵活和经济的选择。通过搭载高分辨率相机和激光雷达等设备，无人机能够快速获取大范围的地理数据，并通过先进的数据处理算法进行地形重建和分析。因此，基于无人机航空摄影测量的地形建模与分析成为当前研究的热点之一，具有巨大的潜力和应用前景。关键词：关键词：无人机；航空摄影测量；地形建模；地形分析 中图分类号：中图分类号：P231 无人机航空摄影测量技术的发展和应用领域非常广泛。随着无人机技术的迅速发展，无人机航空摄影测量已经成为地理测绘、土地规划、环境保护、城市规划等领域中重要的工具和方法。通过搭载高分辨率的相机和传感器，无人机可以在低空飞行时获取大量的地面影像数据和地理信息，这些数据可以用于生成精确的数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM）。而地形建模与分析则是基于这些模型进行的，可以用于地貌分析、水文模拟、可视化和虚拟现实应用等。1 无人机航空摄影测量技术概述（1）航空摄影测量原理和流程 无人机航空摄影测量是利用无人机进行航空摄影并通过特定的算法进行数据处理和分析，以获取地形和地貌信息的过程。它主要基于光学成像原理和三角测量原理。在航空摄影测量中，无人机搭载了一台或多台相机，通过航线规划和飞行控制系统，沿着预定的航线进行飞行。相机会连续拍摄地面影像，并记录相机的姿态和位置信息。获得的影像数据经过预处理后，可以进行几何校正和纠正畸变等操作，以提高数据的准确性和精度。接下来，采用三角测量原理，通过对不同影像之间的共视点进行匹配，可以计算出地面上的点的三维坐标。最后，通过数据处理和分析，可以生成高精度的地形模型和地貌图。这些数据可以用于土地规划、环境评估、城市规划等领域的研究和决策。（2）无人机航空摄影测量在地形建模中的优势 无人机航空摄影测量在地形建模中具有许多优势，使其成为一种受欢迎的技术。首先，无人机可以飞行到传统航空摄影无法到达的地区。例如，复杂的地形、高山地区或无法进入的地方。这意味着无人机可以提供更全面和详细的地形数据，以满足各种应用需求。其次，无人机具有较低的成本和灵活性。与传统的航空摄影相比，无人机航空摄影测量不需要昂贵的设备和人力资源。此外，无人机可以根据任务需求进行快速调度和部署，适应不同的地形和环境条件。此外，无人机航空摄影测量还具有高精度和高分辨率的优势。由于无人机可以飞行在较低的高度并搭载高分辨率的相机，所获得的数据具有更高的精度和更详细的信息。这对于地形建模和分析非常重要，尤其是在需要高精度地形数据的应用领域。最后，无人机航空摄影测量还具有较短的数据获取周期。无人机可以快速完成航线飞行并获取大量的影像数据。这使得数据处理和分析可以更快地进行，以满足紧急需求或时间敏感的项目。2 基于无人机航空摄影测量的地形建模方法与技术（1）数字表面模型（DSM）与数字高程模型（DEM）在基于无人机航空摄影测量的地形建模过程中，数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM）是两个重要的概念。DSM 是指通过摄影测量技术获取的地表上物体的表面模型，它包括了地面、建筑物、树木等物体的表面形状和高度信息。DSM 可以提供详细的地物高度信中国科技期刊数据库 工业 A 22 息，对于城市规划、土地利用分析等应用具有重要意义。而 DEM 是指通过摄影测量技术获取的地表上物体的高程模型，它仅包括地面的高程信息，不包括其他物体的高度。DEM 主要用于地形分析、洪水模拟、地质勘探等领域。因此，DSM 和 DEM 的主要区别在于所包含的信息范围。DSM 包含了地物的高度信息，而 DEM 仅包含地面的高程信息。在地形建模过程中，根据具体需求选择使用 DSM 或 DEM 可以更好地满足不同应用的要求。（2）无人机航空摄影测量的地形数据获取方法 基于无人机航空摄影测量的地形数据获取方法主要包括航线规划、航行控制和图像采集。在航线规划阶段，需要根据建模区域的特点和要求设计合理的飞行航线。航线应该覆盖整个建模区域，并考虑到地形起伏、建筑物等因素的影响，以保证获取到全面准确的地形数据。在航行控制阶段，无人机需要按照预定的航线进行飞行。通过 GPS 定位系统和惯性导航系统，无人机可以实现自动化飞行控制，以确保飞行的精度和稳定性。图像采集是获取地形数据的关键步骤。无人机搭载的相机通过自动触发快门，连续拍摄建模区域的图像。为了获得更好的地形数据，通常会采用重叠度较高的图像采集方式，以提高后续数据处理的精度和效果。（3）数据处理与地形重建算法 在基于无人机航空摄影测量的地形建模中，数据处理是一个重要的环节。首先，需要对采集到的图像进行预处理，包括图像校正、去除畸变等操作，以提高图像质量和准确性。然后，通过图像匹配、特征提取等算法，将各个图像之间的对应关系建立起来。这样可以得到一个稠密的三维点云数据集，其中每个点都具有地面或物体的空间位置和高程信息。最后，通过插值算法，将点云数据转化为连续的地形模型。常用的插值算法包括三角网格插值、反距离权重插值等。插值后的地形模型可以用于地形分析、可视化和其他应用。（4）地形建模的精度评估方法 在基于无人机航空摄影测量的地形建模中，精度评估是必不可少的步骤。常用的精度评估方法包括对比分析、误差分析和验证测量。对比分析是将建模结果与已知的地理实体进行对比，以评估建模的准确性。例如，将建模结果与已有的地形数据进行比较，计算其高程误差和形状差异。误差分析是对建模过程中的误差来源进行分析和评估。通过分析误差来源，可以找出改进建模过程的方法，提高地形建模的精度。验证测量是通过实地测量验证建模结果的准确性。根据建模区域的特点和要求，选择合适的验证测量方法，对建模结果进行实地测量，并与建模结果进行对比分析。3 基于无人机航空摄影测量的地形分析与应用（1）坡度和坡向分析 在地形分析中，坡度和坡向是两个重要的参数。通过使用无人机航空摄影测量技术，我们可以获取高分辨率的地形数据，从而对地表进行坡度和坡向的分析。坡度指的是地表在某一点的斜率大小，可以通过计算该点周围的高程差来得到。而坡向则是指地表在某一点的倾斜方向，可以通过计算该点周围高程变化的方向来确定。通过无人机航空摄影测量技术获取的高分辨率地形数据可以提供更准确的坡度和坡向分析结果。这对于土地利用规划、灾害风险评估、水资源管理等方面都具有重要意义。例如，在土地利用规划中，了解地表的坡度和坡向可以帮助确定适合建设的区域，从而合理规划城市发展。在灾害风险评估中，坡度和坡向的分析可以帮助识别潜在的滑坡和泥石流风险区域。在水资源管理中，通过分析地表的坡度和坡向，可以确定水流的方向和速度，为水资源的合理利用提供依据。（2）流域分析和水文模拟 无人机航空摄影测量技术在地形建模与分析方面具有广泛的应用，其中之一就是流域分析和水文模拟。流域分析是指对特定地区的水文过程进行研究和模拟，以了解水文要素的分布、变化和相互关系，为水资源管理、环境保护和灾害预防提供科学依据。在过去，流域分析主要依靠传统的地面测量方法，如地理勘测和水文站点观测。然而，这些方法存在着时间长、成本高、工作量大等问题。而无人机航空摄影测量技术的出现，极大地改变了流域分析的方式。通过搭载高分辨率摄像头的无人机，可以快速获取大范围的地表信息，并生成高精度的数字地形模型（DTM）和数字高程模型（DEM）。这些模型不仅能够准确反映地表地形特征，还能提供丰富的地理属性信息，如坡度、坡向、水系网络等。基于无人机航空摄影测量的地形分析与应用中，流域分析是其中重要的一部分。通过无人机获取的高分辨率图像和地形模型，可以用于提取流域的基本特征，如流域边界、主河道、汇水区等。同时，还可以通过分析地表坡度和坡向，推断出流域内的水流路径和水系网络。中国科技期刊数据库 工业 A 23 这些信息对于了解流域的水文过程、水资源的分配和管理具有重要意义。另外，无人机航空摄影测量技术还可以结合水文模拟方法，进行流域水文过程的模拟和预测。通过将地形模型与降雨数据、土壤类型等水文要素进行耦合，可以模拟流域内的径流产生和水文响应过程。这对于水资源管理、洪水预警和水灾风险评估等方面具有重要意义。（3）可视化和虚拟现实应用 可视化和虚拟现实技术在基于无人机航空摄影测量的地形分析中扮演着重要的角色。通过将无人机获取的大量地形数据进行可视化处理，可以更直观地展示地形特征和地貌变化，帮助人们更好地理解地形的形态和结构。首先，可视化技术可以将地形数据以图像或模型的形式呈现出来，使其更易于理解和分析。通过使用三维地形模型，人们可以从不同的角度观察地形，并对其进行测量、分析和比较。这种可视化方式不仅能够提供更全面的信息，还能够帮助人们发现地形中的细微变化和特殊特征，为地形分析提供更多的线索和依据。其次，虚拟现实技术可以进一步增强地形分析的效果。通过将地形数据与虚拟现实技术相结合，可以创建一个沉浸式的环境，使用户仿佛置身于实际地形中。在这个虚拟环境中，用户可以自由移动和观察地形，并进行各种交互操作，如标注、测量、模拟等。虚拟现实技术的应用不仅能够提供更直观的体验，还可以使地形分析更加准确和有效。在地形分析与应用方面，可视化和虚拟现实技术有着广泛的应用前景。首先，它们可以被应用于地质勘查和资源开发领域。通过对地形数据进行可视化处理和虚拟现实模拟，可以更好地理解地下地质结构和资源分布情况，为资源勘查和开发提供科学依据。其次，可视化和虚拟现实技术也可以应用于城市规划和土地利用研究中。通过对地形数据进行可视化和虚拟化处理，可以更好地展示城市的地貌特征和土地利用现状，帮助规划者做出科学决策。此外，可视化和虚拟现实技术还可以被应用于环境监测和灾害预警等领域，帮助人们更好地了解地形变化和灾害风险，从而采取相应的防范措施。（4）地形的规划和设计 首先，在地形的规划和设计中，无人机航空摄影测量可以提供详细的地形数据，包括地表高程、地貌特征、水系分布等。这些数据能够帮助规划师和设计师更好地了解地形的特点和变化趋势，从而更准确地进行地形的规划和设计。例如，在城市规划中，通过无人机航空摄影测量获取的地形数据可以用于确定建筑物的位置、道路的布局以及绿化带的设置等，以实现城市的合理布局和美观景观的打造。其次，无人机航空摄影测量还可以为地形的规划和设计提供多维数据支持。无人机航空摄影测量技术可以获取地形的三维模型，包括地表的高程、坡度、曲率等信息。这些三维数据可以为规划师和设计师提供更加直观、全面的地形信息，帮助他们更好地理解地形的复杂性和变化趋势。例如，在景区规划中，通过无人机航空摄影测量获取的三维地形模型可以用于确定游览线路、景点的布局以及地形的改造等，以提升景区的游览体验和环境质量。此外，无人机航空摄影测量还可以为地形的规划和设计提供时空数据支持。通过定期进行无人机航空摄影测量，可以获取地形的时序数据，揭示地形的演变过程和趋势。这些时空数据可以为规划师和设计师提供更加全面、动态的地形信息，帮助他们更好地把握地形的变化规律和未来发展趋势。例如，在防灾规划中，通过定期使用无人机航空摄影测量技术获取地形的时序数据，可以用于分析地质灾害风险、预测地形变化趋势，并制定相应的防灾措施。4 结语 综上所述，无人机航空摄影测量技术在地形建模与分析领域具有巨大的潜力和广阔的应用前景。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，相信无人机航空摄影测量技术将为我们提供更加准确、全面和高效的地形信息，助力各个领域的发展和决策制定。同时，我们也要认识到无人机航空摄影测量技术的挑战和问题，并通过不断的研究和创新，进一步完善和推广这项技术，使其更好地服务于社会和人类的发展。参考文献 1刘静.无人机航空摄影测量技术在地形图测绘中的应用探讨J.西部资源,2021(4):150-152.2杜建丽.无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用J.华北自然资源,2021(5):77-78.3谷世伟.地形测量中无人机航空摄影测量技术的应用策略J.中国战略新兴产业,2021(26):84,86.4李娟.无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用与实践J.世界有色金属,2020(5):235,237.中国科技期刊数据库 工业 A 24 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