无人机测绘基础知识：您需要了解的一切

无人机测绘是一个快速发展的领域，它正在彻底改变土地测量的方式。无人机，也称为无人驾驶飞行器 (UAV)，配备高分辨率摄像头和传感器，可以从鸟瞰视角捕捉详细图像和数据。与传统土地测量方法相比，这项技术具有许多优势，包括提高效率、准确性和安全性。

使用无人机捕捉高分辨率图像和数据比进行地面勘测更快。无人机可以勘测困难或危险的地形，例如陡坡和茂密的森林，这些地形人类难以驾驭。

无人机测量的另一个优势是其多功能性。无人机可用于各种应用，从无人机测绘和测量到监控施工现场和检查基础设施。它们可以捕获各种数据可交付成果，包括正射影像图、数字表面模型和点云，可用于创建高度详细的地形 3D 模型。

无人机勘测视角（RGB）

借助先进的传感器和摄像头，无人机还可以收集有关植被健康、水质和其他环境因素的数据。

我们主要谈论的是测绘，最 大的优点是数据的几何精度、较小的定位误差、以及分辨率。与卫星图像相比，无人机的速度和效率以及在短时间内覆盖的面积较低。与卫星图像相比，无人机在很大程度上取决于其电池容量以及飞行高度的限制，而卫星图像即使以非常好的分辨率拍摄图像，也会在更短的时间内覆盖更大的表面。

关键要点——什么是无人机测绘？

无人机测绘是一种快速有效的土地测量方法，具有更高的准确性和安全性。

无人机可以在地面勘测所需时间的一小部分内捕获高分辨率图像和数据，并可以进入难以到达的区域。

无人机用途广泛，可用于测绘、勘测、监测和检查等各种应用。它们可以捕获各种数据成果，包括 3D 模型和环境数据。

可以应用各种技术，如碳 REDD 项目，根据森林高度计算森林封存的碳量。

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无人机测绘的应用

无人机测绘在各行各业有着广泛的应用。无人机能够捕捉高分辨率图像和数据，是土地测量员的理想工具。在本节中，我们将讨论无人机测绘的一些最常见应用，可用于规划、设计、监测和保护工作。

建筑和土木工程

建筑和土木工程公司使用无人机测绘来收集场地规划、设计和施工的数据。无人机可以捕捉施工现场的详细图像和数据，可用于创建 3D 模型、BIM（建筑信息模型）和精 确的地形图。这些数据可用于规划和设计建筑项目、监控进度和确保质量控制。与传统的土地测量方法相比，建筑无人机可以更快地捕获数据并提高安全性。

农业和农作物监测

多光谱无人机用于农业监测（RGB）

无人机在农业中越来越多地用于农作物监测和管理。配备多光谱相机的无人机可以拍摄农作物的图像，这些图像可用于识别压力、疾病和营养不足的区域。这些数据可用于优化农作物管理实践、减少浪费并提高农作物产量。

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环境监测与保护

无人机还用于环境监测和保护。它们可用于拍摄森林、湿地和其他自然区域的图像，从而可用于监测植被、水位和野生动物种群的变化。林业无人机提供详细的航空数据，可用于对保护工作做出明智的决策并保护自然资源

考古与文化遗产保护

无人机还用于考古和文化遗产保护。它们可以捕捉考古遗址的高分辨率图像，用于创建详细的 3D 模型和地图。这些数据可用于研究和保护文化遗产。

无人机数据土地测量的准确度水平如何？

无人机土地测量的准确性水平取决于多种因素，包括无人机的规格、所用摄像机或传感器的质量以及所用地面控制点的数量。

准确的无人机勘测需要高分辨率的摄像头或传感器，它们能够捕捉勘测区域的详细图像。摄像头的分辨率越高，勘测就越准确。此外，使用地面控制点可以显著提高无人机勘测的准确性。

地面控制点是放置在勘测区域的物理标记，为无人机的摄像头或传感器提供参考点。通过使用地面控制点，可以准确确定无人机的位置和高度，从而获得更准确的勘测数据。

通过航空测量可以获得哪些类型的数据交付成果？

无人机测量可以提供一系列可用于各种目的的数据成果。数据和成果的质量取决于传感器的质量、数据收集的准确性以及用于处理数据的摄影测量软件的质量等因素。

然而，如果拥有合适的设备和专业知识，无人机测量可以提供高度准确和详细的数据，可用于做出明智的决策。以下是通过无人机测量可以获得的一些最常见的数据成果：

正射影像地图

正射影像图是一种高分辨率的航拍图像，已校正失真，可用于创建被测区域的精 确地图。这些地图是通过将无人机拍摄的数百或数千张单独图像拼接在一起创建的。正射影像图是土地测量的重要工具，可用于创建精 确的地形图、测量距离和面积以及识别建筑物、道路和水道等特征。

3D 模型

无人机测量还可用于创建被测区域的 3D 模型。这些模型可用于可视化和分析目的，并能更好地了解该区域的地形和特征。可以使用摄影测量软件创建 3D 模型，该软件使用无人机捕获的图像来创建 3D 点云。然后可以使用这些点云创建可从任何角度查看的 3D 模型。已发表的案例研究调查了近距离摄影测量 在自然地形体积计算中的应用，展示了其潜力。

无人机摄影测量 DSM 的 3D 点云

LiDAR 点云

LiDAR（光探测和测距）是一种遥感技术，它使用激光脉冲测量到被测区域的距离。LiDAR无人机技术可用于创建该区域地形和特征的高精度 3D 模型。LiDAR 数据可以与航空数据相结合，以创建高度详细的点云，可用于各种应用，包括土地测量、基础设施检查和环境监测。

热图

无人机勘测还可用于捕捉勘测区域的热图像。热图像可用于识别热量损失或增加的区域，这对于建筑检查和能源审计非常有用。热图像还可用于识别植被压力或水分流失的区域，这对于环境监测非常有用。

多光谱地图

多光谱成像是一种捕捉多种波长图像的技术，可以识别特定特征或材料。多光谱成像可用于创建植被健康、土壤水分和其他环境因素的地图。这些地图可用于多种应用，包括精准农业、环境监测和土地管理。

摄影测量与激光雷达之间的区别

激光雷达和摄影测量是两种常用的航空测绘技术。这两种技术都用于收集地球表面的数据，但它们使用的方法不同。激光雷达可用于绘制地形复杂的区域，而摄影测量可用于覆盖更大的区域。

激光雷达

激光雷达（Lidar）是光探测和测距的缩写，它使用激光脉冲来测量传感器与地面之间的距离。激光脉冲从传感器发射出来，到达地面后反射回传感器。通过测量激光脉冲反射所需的时间，传感器可以确定地面与传感器之间的距离。

激光雷达可以生成地球表面的高分辨率 3D 点云，可用于创建精 确的地图和模型。激光雷达特别适合绘制山脉和森林等地形复杂的区域。

摄影测量

另一方面，摄影测量使用照片来创建地球表面的 3D 模型。航拍照片从不同角度拍摄，用于创建地形的 3D 模型。摄影测量软件用于将照片拼接在一起并创建 3D 模型。

摄影测量比激光雷达便宜，可用于覆盖更大的区域。但是，它的精度不如激光雷达，不适合绘制地形复杂的区域。技术的选择取决于项目的具体要求。

无人机测量设备

以下是无人机测量中使用的基本组件和先进技术的概述：

l无人机：用于测量的无人机必须具有高分辨率摄像头、长电池寿命和在大风条件下的稳定性。用于测量的流行无人机包括 DJI Phantom 4 RTK、DJI Matrice 300 和 DJI Mavic 3 Enterprise。

l固定翼无人机：固定翼无人机非常适合大规模测绘项目，因为它可以覆盖更多地面并飞行更长的距离。Sensefly eBee 和 eBee X 是用于测量的流行固定翼无人机。

lRTK 技术：RTK 技术用于为无人机提供精 确的定位数据。DJI Phantom 4 RTK 和 DJI Matrice 300 均内置 RTK 技术。

lGS RTK 应用程序：GS RTK 应用程序用于规划飞行路径、设置航点以及监控无人机在飞行过程中的进度。

先进的无人机土地测量技术

以下是无人机测量中使用的先进技术：

lGIS：空间分析、照片解释和数据库管理不可或缺的部分。GIS 有助于生成变化检测评估和专题数据库，有助于绘制各种元素的地图，例如自然特征（例如森林、树木、山体滑坡）和人为结构（例如建筑物）。此外，GIS 还能够在地理空间环境中实现精 确的距离测量。

l摄影测量：使用高级算法处理从无人机勘测中获取的数据，以生成正射影像图、3D 模型和各种产品。这些输出有助于创建高分辨率、高精度的土地评估，为一系列应用提供宝贵见解。

lLiDAR：光检测和测距 (LiDAR) 技术用于创建被测区域的高精度 3D 地图。LiDAR 使用激光脉冲测量距离并创建地形的详细点云。

l多光谱成像：多光谱成像用于捕获可见光谱以外的数据，例如红外线和紫外线。这些数据可用于识别和分析植被健康和其他环境因素。

l深度学习和机器学习：使用人工智能技术——DL 和 ML 用于分析无人机收集的数据，并提供对被调查区域的洞察。该技术可用于识别和分类物体、提取物体、创建变更

l热像仪 – 热像仪是一种用于检测热辐射的仪器，对于识别物体和环境中的温度变化特别有用。该技术在搜索和救援行动以及基础设施检查等领域具有重要应用，在这些领域，检测热异常的能力对于安全和评估目的至关重要。

l基于云的数据存储和分析——一种通过互联网访问的远程服务器中安全存储和分析数据的系统，为无人机测量项目提供可扩展性和协作优势。

l自主飞行规划——预先定义无人机飞行路线、航路点和测量参数的自动化过程，提高空中任务期间数据收集的效率和准确性。

无人机测绘步骤

以下是进行无人机勘测和测绘时需要遵循的基本步骤。

飞行计划

第 一步是规划勘测飞行。这包括选择要勘测的区域、确定所需的飞行时间以及选择适当的飞行模式进行数据收集。飞行计划还应包括地面控制点 (GCP) 的位置，以确保准确的数据收集。

大多数情况下，飞行规划从选择要进行飞行的感兴趣区域开始，然后设置飞行参数，例如无人机的速度、无人机的飞行高度、拍摄图像的重叠度（在摄影测量项目中）、风速、摄像机角度、地形配置（如果在非常崎岖的地形上低空飞行，则需要比规划软件中更好的数字地形模型）。上述参数将直接影响进行调查所需的飞行时间。

地面控制

地面控制是无人机测绘的一个重要方面。它涉及将 GCP 放置在战略位置以确保准确的数据收集。GCP 用于校准无人机的 GPS 和摄像头，以确保准确的数据收集。基站也设置为在飞行过程中接收来自无人机的数据。如果使用 RTK 技术，则无需使用 GCP。

数据采集

一旦飞行计划和地面控制到位，无人机就可以飞行来收集数据。 

数据的质量会直接受到相机类型及其拍摄图像的分辨率、天气条件（风会刺激植被，导致图像上出现消失）以及飞行高度的影响。

数据处理

数据收集后，使用 Agisoft Metashape 和 Pix4D 或 DJI Terra 等软件处理数据。这些数据用于创建地图和模型，可用于各种目的，例如监测农作物健康状况、跟踪施工进度和识别矿藏。

总之，无人机测绘是各行各业收集数据的一种高效方法。遵循上述基本步骤将确保准确的数据收集和高质量的数据处理。

常问问题

土地测量员的无人机测量

正如我们上面所展示的，使用无人机进行测量可以减轻传统土地测量员的负担。无人机收集的数据可以与使用传统方法收集的数据相结合，以获得更好的结果。凭借增强的可视化和分析能力，无人机测量正在帮助土地测量员做出更好的决策和模型。

总而言之，模型可以用于文化遗产、历史建筑的修复，借助 3D 模型，可以识别结构中的问题、识别退化的建筑物，甚至可以计算修复所需的体积费用。 

无人机会取代测量员吗

虽然无人机确实可以使测绘工作更加高效和经济，但它们不太可能完全取代测绘员。测绘员的专业知识和经验是技术无法取代的。

目前，自主无人机正在不断发展，这种无人机在精心设计的飞行计划的帮助下可以自行飞行。这些无人机的缺点是开发该技术需要巨额成本，但成本会逐年下降。

值得注意的是，无人机也有局限性。它们可能无法进入某些区域或无法提供某些类型勘测所需的详细程度。在这些情况下，勘测人员仍需要依赖传统方法。

出于安全原因，进入军事区域、机场或国际机场附近、拥挤区域以及高空飞行可能会受到限制。虽然无人机可以成为测量和测绘的有用工具，但它们不太可能完全取代测量员。测量员在确保数据准确可靠方面仍将发挥重要作用。

一架测量无人机的价格是多少？

测量无人机的成本会因品牌、型号和功能的不同而有很大差异。一般来说，用于测量的基本无人机的成本在 1,000 美元到 5,000 美元之间。但是，如果您需要更先进、精度更高、功能更多的无人机，则成本可能在 10,000 美元到 50,000 美元甚至更高之间。

值得注意的是，无人机的成本并不是唯 一的费用。您还需要考虑软件、许可、培训和维护的成本。此外，如果您打算聘请专业的无人机操作员，还需要考虑他们的费用。

监管和法律考虑

无人机测绘需要遵守各种法律和法规，在进行任何操作之前必须考虑到这些法律和法规。不遵守这些法规可能会导致处罚、罚款和法律后果。本节概述了无人机操作员在进行测绘作业时必须注意的法规和法律注意事项。

法律考虑

无人机操作员在进行测绘作业时必须遵守所有适用的联邦、州和地方法律。这些法律可能包括隐私法、侵入法和妨害法。无人机操作员还必须在业主的土地上进行作业之前获得业主的许可。

美国联邦航空管理局规定

美国联邦航空管理局 (FAA) 负责监管美国的无人机操作。无人机操作员必须遵守所有FAA 法规，包括第 107 部分法规。第 107 部分法规适用于商业无人机操作，要求无人机操作员获得远程飞行员证书并遵守特定的操作要求。

第 107 部分规定

第 107 部分法规要求无人机操作员在进行商业无人机操作时遵守特定的操作要求。这些要求包括以下内容：

l无人机的重量必须小于 55 磅。

l无人机必须飞行在距地面 400 英尺以下。

l无人机必须在操作员的视线范围内飞行。

l无人机不得飞过人群或行驶中的车辆。

l无人机不得在行驶的车辆上飞行。

LAANC 豁免

低空授权和通知能力 (LAANC) 是一种允许无人机操作员获得在受控空域飞行授权的系统。无人机操作员在受控空域进行操作之前必须获得 LAANC 豁免。

总之，无人机测绘作业受各种法律和监管考虑因素的影响，在进行任何作业之前必须考虑到这些因素。无人机操作员必须遵守所有适用的法律法规，包括 FAA 第 107 部分法规和 LAANC 豁免，以避免受到处罚和法律后果。