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無人機測繪是一個快速發(fā)展的領域，它正在徹底改變土地測量的方式。無人機，也稱為無人駕駛飛行器 (UAV)，配備高分辨率攝像頭和傳感器，可以從鳥瞰視角捕捉詳細圖像和數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)土地測量方法相比，這項技術具有許多優(yōu)勢，包括提高效率、準確性和安全性。
使用無人機捕捉高分辨率圖像和數(shù)據(jù)比進行地面勘測更快。無人機可以勘測困難或危險的地形，例如陡坡和茂密的森林，這些地形人類難以駕馭。
無人機測量的另一個優(yōu)勢是其多功能性。無人機可用于各種應用，從無人機測繪和測量到監(jiān)控施工現(xiàn)場和檢查基礎設施。它們可以捕獲各種數(shù)據(jù)可交付成果，包括正射影像圖、數(shù)字表面模型和點云，可用于創(chuàng)建高度詳細的地形 3D 模型。
無人機勘測視角（RGB）
借助先進的傳感器和攝像頭，無人機還可以收集有關植被健康、水質和其他環(huán)境因素的數(shù)據(jù)。
我們主要談論的是測繪，最 大的優(yōu)點是數(shù)據(jù)的幾何精度、較小的定位誤差、以及分辨率。與衛(wèi)星圖像相比，無人機的速度和效率以及在短時間內覆蓋的面積較低。與衛(wèi)星圖像相比，無人機在很大程度上取決于其電池容量以及飛行高度的限制，而衛(wèi)星圖像即使以非常好的分辨率拍攝圖像，也會在更短的時間內覆蓋更大的表面。
關鍵要點——什么是無人機測繪？
無人機測繪是一種快速有效的土地測量方法，具有更高的準確性和安全性。
無人機可以在地面勘測所需時間的一小部分內捕獲高分辨率圖像和數(shù)據(jù)，并可以進入難以到達的區(qū)域。
無人機用途廣泛，可用于測繪、勘測、監(jiān)測和檢查等各種應用。它們可以捕獲各種數(shù)據(jù)成果，包括 3D 模型和環(huán)境數(shù)據(jù)。
可以應用各種技術，如碳 REDD 項目，根據(jù)森林高度計算森林封存的碳量。
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無人機測繪在各行各業(yè)有著廣泛的應用。無人機能夠捕捉高分辨率圖像和數(shù)據(jù)，是土地測量員的理想工具。在本節(jié)中，我們將討論無人機測繪的一些最常見應用，可用于規(guī)劃、設計、監(jiān)測和保護工作。
建筑和土木工程公司使用無人機測繪來收集場地規(guī)劃、設計和施工的數(shù)據(jù)。無人機可以捕捉施工現(xiàn)場的詳細圖像和數(shù)據(jù)，可用于創(chuàng)建 3D 模型、BIM（建筑信息模型）和精 確的地形圖。這些數(shù)據(jù)可用于規(guī)劃和設計建筑項目、監(jiān)控進度和確保質量控制。與傳統(tǒng)的土地測量方法相比，建筑無人機可以更快地捕獲數(shù)據(jù)并提高安全性。
多光譜無人機用于農業(yè)監(jiān)測（RGB）
無人機在農業(yè)中越來越多地用于農作物監(jiān)測和管理。配備多光譜相機的無人機可以拍攝農作物的圖像，這些圖像可用于識別壓力、疾病和營養(yǎng)不足的區(qū)域。這些數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化農作物管理實踐、減少浪費并提高農作物產量。
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無人機還用于環(huán)境監(jiān)測和保護。它們可用于拍攝森林、濕地和其他自然區(qū)域的圖像，從而可用于監(jiān)測植被、水位和野生動物種群的變化。林業(yè)無人機提供詳細的航空數(shù)據(jù)，可用于對保護工作做出明智的決策并保護自然資源
無人機還用于考古和文化遺產保護。它們可以捕捉考古遺址的高分辨率圖像，用于創(chuàng)建詳細的 3D 模型和地圖。這些數(shù)據(jù)可用于研究和保護文化遺產。
無人機土地測量的準確性水平取決于多種因素，包括無人機的規(guī)格、所用攝像機或傳感器的質量以及所用地面控制點的數(shù)量。
準確的無人機勘測需要高分辨率的攝像頭或傳感器，它們能夠捕捉勘測區(qū)域的詳細圖像。攝像頭的分辨率越高，勘測就越準確。此外，使用地面控制點可以顯著提高無人機勘測的準確性。
地面控制點是放置在勘測區(qū)域的物理標記，為無人機的攝像頭或傳感器提供參考點。通過使用地面控制點，可以準確確定無人機的位置和高度，從而獲得更準確的勘測數(shù)據(jù)。
無人機測量可以提供一系列可用于各種目的的數(shù)據(jù)成果。數(shù)據(jù)和成果的質量取決于傳感器的質量、數(shù)據(jù)收集的準確性以及用于處理數(shù)據(jù)的攝影測量軟件的質量等因素。
然而，如果擁有合適的設備和專業(yè)知識，無人機測量可以提供高度準確和詳細的數(shù)據(jù)，可用于做出明智的決策。以下是通過無人機測量可以獲得的一些最常見的數(shù)據(jù)成果：
正射影像圖是一種高分辨率的航拍圖像，已校正失真，可用于創(chuàng)建被測區(qū)域的精 確地圖。這些地圖是通過將無人機拍攝的數(shù)百或數(shù)千張單獨圖像拼接在一起創(chuàng)建的。正射影像圖是土地測量的重要工具，可用于創(chuàng)建精 確的地形圖、測量距離和面積以及識別建筑物、道路和水道等特征。
無人機測量還可用于創(chuàng)建被測區(qū)域的 3D 模型。這些模型可用于可視化和分析目的，并能更好地了解該區(qū)域的地形和特征?？梢允褂脭z影測量軟件創(chuàng)建 3D 模型，該軟件使用無人機捕獲的圖像來創(chuàng)建 3D 點云。然后可以使用這些點云創(chuàng)建可從任何角度查看的 3D 模型。已發(fā)表的案例研究調查了近距離攝影測量 在自然地形體積計算中的應用，展示了其潛力。
無人機攝影測量 DSM 的 3D 點云
LiDAR（光探測和測距）是一種遙感技術，它使用激光脈沖測量到被測區(qū)域的距離。LiDAR無人機技術可用于創(chuàng)建該區(qū)域地形和特征的高精度 3D 模型。LiDAR 數(shù)據(jù)可以與航空數(shù)據(jù)相結合，以創(chuàng)建高度詳細的點云，可用于各種應用，包括土地測量、基礎設施檢查和環(huán)境監(jiān)測。
無人機勘測還可用于捕捉勘測區(qū)域的熱圖像。熱圖像可用于識別熱量損失或增加的區(qū)域，這對于建筑檢查和能源審計非常有用。熱圖像還可用于識別植被壓力或水分流失的區(qū)域，這對于環(huán)境監(jiān)測非常有用。
多光譜成像是一種捕捉多種波長圖像的技術，可以識別特定特征或材料。多光譜成像可用于創(chuàng)建植被健康、土壤水分和其他環(huán)境因素的地圖。這些地圖可用于多種應用，包括精準農業(yè)、環(huán)境監(jiān)測和土地管理。
激光雷達和攝影測量是兩種常用的航空測繪技術。這兩種技術都用于收集地球表面的數(shù)據(jù)，但它們使用的方法不同。激光雷達可用于繪制地形復雜的區(qū)域，而攝影測量可用于覆蓋更大的區(qū)域。
激光雷達（Lidar）是光探測和測距的縮寫，它使用激光脈沖來測量傳感器與地面之間的距離。激光脈沖從傳感器發(fā)射出來，到達地面后反射回傳感器。通過測量激光脈沖反射所需的時間，傳感器可以確定地面與傳感器之間的距離。
激光雷達可以生成地球表面的高分辨率 3D 點云，可用于創(chuàng)建精 確的地圖和模型。激光雷達特別適合繪制山脈和森林等地形復雜的區(qū)域。
另一方面，攝影測量使用照片來創(chuàng)建地球表面的 3D 模型。航拍照片從不同角度拍攝，用于創(chuàng)建地形的 3D 模型。攝影測量軟件用于將照片拼接在一起并創(chuàng)建 3D 模型。
攝影測量比激光雷達便宜，可用于覆蓋更大的區(qū)域。但是，它的精度不如激光雷達，不適合繪制地形復雜的區(qū)域。技術的選擇取決于項目的具體要求。
以下是無人機測量中使用的基本組件和先進技術的概述：
l無人機：用于測量的無人機必須具有高分辨率攝像頭、長電池壽命和在大風條件下的穩(wěn)定性。用于測量的流行無人機包括 DJI Phantom 4 RTK、DJI Matrice 300 和 DJI Mavic 3 Enterprise。
l固定翼無人機：固定翼無人機非常適合大規(guī)模測繪項目，因為它可以覆蓋更多地面并飛行更長的距離。Sensefly eBee 和 eBee X 是用于測量的流行固定翼無人機。
lRTK 技術：RTK 技術用于為無人機提供精 確的定位數(shù)據(jù)。DJI Phantom 4 RTK 和 DJI Matrice 300 均內置 RTK 技術。
lGS RTK 應用程序：GS RTK 應用程序用于規(guī)劃飛行路徑、設置航點以及監(jiān)控無人機在飛行過程中的進度。
以下是無人機測量中使用的先進技術：
lGIS：空間分析、照片解釋和數(shù)據(jù)庫管理不可或缺的部分。GIS 有助于生成變化檢測評估和專題數(shù)據(jù)庫，有助于繪制各種元素的地圖，例如自然特征（例如森林、樹木、山體滑坡）和人為結構（例如建筑物）。此外，GIS 還能夠在地理空間環(huán)境中實現(xiàn)精 確的距離測量。
l攝影測量：使用高級算法處理從無人機勘測中獲取的數(shù)據(jù)，以生成正射影像圖、3D 模型和各種產品。這些輸出有助于創(chuàng)建高分辨率、高精度的土地評估，為一系列應用提供寶貴見解。
lLiDAR：光檢測和測距 (LiDAR) 技術用于創(chuàng)建被測區(qū)域的高精度 3D 地圖。LiDAR 使用激光脈沖測量距離并創(chuàng)建地形的詳細點云。
l多光譜成像：多光譜成像用于捕獲可見光譜以外的數(shù)據(jù)，例如紅外線和紫外線。這些數(shù)據(jù)可用于識別和分析植被健康和其他環(huán)境因素。
l深度學習和機器學習：使用人工智能技術——DL 和 ML 用于分析無人機收集的數(shù)據(jù)，并提供對被調查區(qū)域的洞察。該技術可用于識別和分類物體、提取物體、創(chuàng)建變更
l熱像儀 – 熱像儀是一種用于檢測熱輻射的儀器，對于識別物體和環(huán)境中的溫度變化特別有用。該技術在搜索和救援行動以及基礎設施檢查等領域具有重要應用，在這些領域，檢測熱異常的能力對于安全和評估目的至關重要。
l基于云的數(shù)據(jù)存儲和分析——一種通過互聯(lián)網(wǎng)訪問的遠程服務器中安全存儲和分析數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，為無人機測量項目提供可擴展性和協(xié)作優(yōu)勢。
l自主飛行規(guī)劃——預先定義無人機飛行路線、航路點和測量參數(shù)的自動化過程，提高空中任務期間數(shù)據(jù)收集的效率和準確性。
以下是進行無人機勘測和測繪時需要遵循的基本步驟。
第 一步是規(guī)劃勘測飛行。這包括選擇要勘測的區(qū)域、確定所需的飛行時間以及選擇適當?shù)娘w行模式進行數(shù)據(jù)收集。飛行計劃還應包括地面控制點 (GCP) 的位置，以確保準確的數(shù)據(jù)收集。
大多數(shù)情況下，飛行規(guī)劃從選擇要進行飛行的感興趣區(qū)域開始，然后設置飛行參數(shù)，例如無人機的速度、無人機的飛行高度、拍攝圖像的重疊度（在攝影測量項目中）、風速、攝像機角度、地形配置（如果在非常崎嶇的地形上低空飛行，則需要比規(guī)劃軟件中更好的數(shù)字地形模型）。上述參數(shù)將直接影響進行調查所需的飛行時間。
地面控制是無人機測繪的一個重要方面。它涉及將 GCP 放置在戰(zhàn)略位置以確保準確的數(shù)據(jù)收集。GCP 用于校準無人機的 GPS 和攝像頭，以確保準確的數(shù)據(jù)收集?；疽苍O置為在飛行過程中接收來自無人機的數(shù)據(jù)。如果使用 RTK 技術，則無需使用 GCP。
一旦飛行計劃和地面控制到位，無人機就可以飛行來收集數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)的質量會直接受到相機類型及其拍攝圖像的分辨率、天氣條件（風會刺激植被，導致圖像上出現(xiàn)消失）以及飛行高度的影響。
數(shù)據(jù)收集后，使用 Agisoft Metashape 和 Pix4D 或 DJI Terra 等軟件處理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用于創(chuàng)建地圖和模型，可用于各種目的，例如監(jiān)測農作物健康狀況、跟蹤施工進度和識別礦藏。
總之，無人機測繪是各行各業(yè)收集數(shù)據(jù)的一種高效方法。遵循上述基本步驟將確保準確的數(shù)據(jù)收集和高質量的數(shù)據(jù)處理。
正如我們上面所展示的，使用無人機進行測量可以減輕傳統(tǒng)土地測量員的負擔。無人機收集的數(shù)據(jù)可以與使用傳統(tǒng)方法收集的數(shù)據(jù)相結合，以獲得更好的結果。憑借增強的可視化和分析能力，無人機測量正在幫助土地測量員做出更好的決策和模型。
總而言之，模型可以用于文化遺產、歷史建筑的修復，借助 3D 模型，可以識別結構中的問題、識別退化的建筑物，甚至可以計算修復所需的體積費用。
雖然無人機確實可以使測繪工作更加高效和經(jīng)濟，但它們不太可能完全取代測繪員。測繪員的專業(yè)知識和經(jīng)驗是技術無法取代的。
目前，自主無人機正在不斷發(fā)展，這種無人機在精心設計的飛行計劃的幫助下可以自行飛行。這些無人機的缺點是開發(fā)該技術需要巨額成本，但成本會逐年下降。
值得注意的是，無人機也有局限性。它們可能無法進入某些區(qū)域或無法提供某些類型勘測所需的詳細程度。在這些情況下，勘測人員仍需要依賴傳統(tǒng)方法。
出于安全原因，進入軍事區(qū)域、機場或國際機場附近、擁擠區(qū)域以及高空飛行可能會受到限制。雖然無人機可以成為測量和測繪的有用工具，但它們不太可能完全取代測量員。測量員在確保數(shù)據(jù)準確可靠方面仍將發(fā)揮重要作用。
測量無人機的成本會因品牌、型號和功能的不同而有很大差異。一般來說，用于測量的基本無人機的成本在 1,000 美元到 5,000 美元之間。但是，如果您需要更先進、精度更高、功能更多的無人機，則成本可能在 10,000 美元到 50,000 美元甚至更高之間。
值得注意的是，無人機的成本并不是唯 一的費用。您還需要考慮軟件、許可、培訓和維護的成本。此外，如果您打算聘請專業(yè)的無人機操作員，還需要考慮他們的費用。
無人機測繪需要遵守各種法律和法規(guī)，在進行任何操作之前必須考慮到這些法律和法規(guī)。不遵守這些法規(guī)可能會導致處罰、罰款和法律后果。本節(jié)概述了無人機操作員在進行測繪作業(yè)時必須注意的法規(guī)和法律注意事項。
無人機操作員在進行測繪作業(yè)時必須遵守所有適用的聯(lián)邦、州和地方法律。這些法律可能包括隱私法、侵入法和妨害法。無人機操作員還必須在業(yè)主的土地上進行作業(yè)之前獲得業(yè)主的許可。
美國聯(lián)邦航空管理局 (FAA) 負責監(jiān)管美國的無人機操作。無人機操作員必須遵守所有FAA 法規(guī)，包括第 107 部分法規(guī)。第 107 部分法規(guī)適用于商業(yè)無人機操作，要求無人機操作員獲得遠程飛行員證書并遵守特定的操作要求。
第 107 部分法規(guī)要求無人機操作員在進行商業(yè)無人機操作時遵守特定的操作要求。這些要求包括以下內容：
l無人機的重量必須小于 55 磅。
l無人機必須飛行在距地面 400 英尺以下。
l無人機必須在操作員的視線范圍內飛行。
l無人機不得飛過人群或行駛中的車輛。
l無人機不得在行駛的車輛上飛行。
低空授權和通知能力 (LAANC) 是一種允許無人機操作員獲得在受控空域飛行授權的系統(tǒng)。無人機操作員在受控空域進行操作之前必須獲得 LAANC 豁免。
總之，無人機測繪作業(yè)受各種法律和監(jiān)管考慮因素的影響，在進行任何作業(yè)之前必須考慮到這些因素。無人機操作員必須遵守所有適用的法律法規(guī)，包括 FAA 第 107 部分法規(guī)和 LAANC 豁免，以避免受到處罰和法律后果。
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