无人机摄影测量

无人机摄影测量
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en_title	UAV Photogrammetry
core_concept	立体像对、空中三角测量、运动恢复结构 (SfM)
abbr	Drone Photogrammetry
application	小区域地形图测绘、土方计算、变形监测、精细农业、文化遗产保护
equipment	无人机 (UAV)、数码相机、GNSS接收机
image_caption	无人机摄影测量工作流程示意：从数据采集、影像处理到成果生成。
field	摄影测量

无人机摄影测量（UAV Photogrammetry），又称无人机遥感或低空摄影测量，是指利用无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）作为飞行平台，搭载数码相机、GNSS/IMU等传感器，快速、灵活地获取地面高分辨率影像，并通过摄影测量原理和计算机视觉技术，生成数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、三维模型等多种地理空间数据的新兴技术。

与传统的航空摄影测量相比，无人机摄影测量具有机动灵活、成本低、效率高、影像分辨率极高、受天气影响小等突出优点，特别适用于小范围、高精度的测绘和监测任务。

技术特点与优势

1. 高分辨率：无人机飞行高度低（通常为几十米到几百米），可以轻松获取厘米级甚至毫米级的地面分辨率影像，能够展现丰富的地物细节。 2. 高时效性：部署快速，可根据任务需求随时起飞作业，快速响应应急事件（如灾害评估、事故勘察）。 3. 高灵活性：能够轻松进入人难以到达或危险的区域（如陡峭山坡、矿区、灾后废墟）进行数据采集。 4. 低成本：相比于载人飞机，无人机的购置和运行成本都大大降低，使得高频次的重复观测成为可能。 5. 自动化程度高：从航线规划、自动飞行、数据采集到后期的数据处理，整个流程已高度自动化。

核心技术流程

无人机摄影测量的数据处理流程主要基于运动恢复结构（Structure from Motion, SfM）和多视图立体（Multi-View Stereo, MVS）算法。

1. 航线规划与数据采集：根据测区范围、地形起伏和所需分辨率，规划无人机的飞行航线，确保足够的航向和旁向重叠度（通常为80%和70%）。无人机沿规划航线自动飞行并拍摄影像。 2. 特征点提取与匹配：软件（如Pix4D, Agisoft Metashape等）自动在所有影像中检测并匹配成千上万的同名特征点。 3空中三角测量]]（基于SfM）：以匹配的特征点为基础，利用SfM算法同时恢复出相机的拍摄位置、姿态（外方位元素）和稀疏的三维点云结构。 4. 点云加密：在稀疏点云和精确的相机位姿基础上，利用MVS算法对影像进行像素级的密集匹配，生成高密度的三维点云。 5. 成果生成：

   *   数字表面模型 (DSM)：由密集点云直接生成，表示包括地物、植被、建筑物在内的地表高程。
   *   数字正射影像图 (DOM)：将原始影像进行微分纠正，消除由地形起伏和相机姿态引起的像点位移，使其具有地图的几何精度。
   *   三维模型：生成带真实纹理的实景三维模型，用于可视化和分析。

RTK/PPK技术应用

为了减少或免除地面控制点，现代无人机普遍集成了高精度的实时动态（RTK）或后处理差分（PPK）GNSS技术。这使得无人机在拍照的瞬间就能获得厘米级的相机位置坐标（POS数据），极大地提高了空三的精度和自动化水平，简化了外业工作。

应用领域

测绘与地理信息：快速更新小区域地形图，制作正射影像图。
工程建设：土方量计算、施工进度监测、竣工验收。
灾害与应急管理：滑坡、泥石流、地震等灾害的快速评估与监测。
精细农业：作物长势监测、病虫害识别、精准施肥。
文化遗产保护：古建筑、考古遗址的精细三维建档与修复。
环境监测：河流污染、海岸线变化、植被覆盖监测。

参见