無人機攝影測量是傳統地面測量技術的替代品嗎？
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研究發現無人機可以準確、可靠且經濟地與傳統的地面測繪方法競爭
如果說無人機技術在過去幾年中取得了長足的進步，那是因為它已經做到了。地理空間無人機曾經被認為是一種小工具，而不是專業設備，現在正在改變測量遊戲——使用攝影測量方法在創紀錄的時間內創建地圖。
試圖確定攝影測量無人機是否適合您的測量業務？繼續閱讀以了解這項技術如何幫助您節省時間、精力並最終節省金錢，同時又不犧牲準確性。
什麼是航空攝影測量？
要了解如何在測量中使用無人機，讓我們快速提醒您有關航空攝影測量的知識。它涉及拍攝要素的多個航拍圖像，並使用它們創建數字化高分辨率 2D 或 3D 模型，從中可以推斷出準確的測量值。這可以通過專門的繪圖軟件來完成，該軟件查找圖像中的共同特徵，並使用它們以一種提供空間的準確表示的方式將您的照片拼接在一起。雖然通常是一個坐標點，但確切的共同特徵可能會因您使用的攝影測量類型而異（稍後會詳細介紹）。根據項目的範圍，使用攝影測量製作的模型可能需要幾百到幾千張單獨的圖像。
值得注意的是，單張航空照片不能用作攝影測量地圖，因為透視和失真等問題尚未得到解決。雖然航拍圖像非常適合攝影和電影用途，但您需要從多個角度拍攝靜止圖像以確保准確性。
通常，捕獲您需要的所有這些航拍圖像的最具成本效益的方法是使用無人駕駛飛行器 (UAV)，如無人機。雖然飛機和直升機都可以使用，但這些選擇往往成本更高。
攝影測量航拍照片的主要優勢之一是它們可用於創建多種地圖。根據您擁有的攝影測量軟件類型，可以創建各種輸出，例如正射鑲嵌圖、3D 點雲模型、數字表面模型等。然而，其他類型的測繪，比如激光雷達——它使用光脈衝來測量地形——將需要一個單獨的有效載荷。
航空攝影測量的類型
攝影測量大致可分為兩類：
- 公制攝影測量：此方法使用要素上的坐標點來可視化具有近乎精確測量值的對象。然後可以基於坐標相對於彼此的位置來構建地圖。這些坐標通常是用所謂的地面控制點物理設置的。
- 解釋性攝影測量：解釋性攝影測量不是特定坐標，而是通過查看圖像中呈現的形狀、陰影和圖案等指標（而不是坐標）來拍攝照片並添加地形。
每種類型的攝影測量都可用於土地測量，具體取決於工作的具體情況和對所需細節的關注。然而，總的來說，公制攝影測量是兩者中更精確的，推薦用於需要厘米級精度的測量工作。這兩種風格都依賴於專門的繪圖軟件將圖像拼接成一張攝影測量地圖。
無人機攝影測量與經典地面測量
儘管技術取得了進步，但地面測量仍然具有挑戰性和復雜性。傳統上，測量專業人員依靠全站儀、GPS 接收器和地面激光掃描儀等工具來獲取地表地形的高分辨率空間數據。這可能需要大量的時間和人力，增加勘測項目的成本並使工人從其他任務中分心。在某些情況下，地面測量對員工來說甚至可能是危險的，尤其是在陡峭或偏遠地形難以步行的地點工作時。
然而，無人機的攝影測量地圖使土地測量員能夠在更短的時間內完成更多工作。使用無人機可以在幾天內完成通常需要數週才能完成的測量工作。因此，事實證明，對於許多項目而言，使用無人機的成本要便宜得多。
由於無人機可以在幾乎任何地方快速部署，因此無需將測量人員派往危險區域，如屋頂、壁架、道路、不穩定的土壤和陡峭的堤防。即使是手機塔和樹梢等無法訪問的功能，也可以通過使用無人機輕鬆繪製地圖。
證明無人機攝影測量的價值
雖然上面列出的每一個優勢都與無人機減少項目時間、危險和成本的能力有關，但還有一個非常重要的因素需要考慮：無人機是否與傳統的地面方法一樣準確？多年來，無人機報告的精度通常低於其理論潛力。然而，這種情況已經開始改變。
研究人員爭辯說，根據《無人車輛系統雜誌》最近的一項研究，具有適當功能的無人機，如領先的無人駕駛硬件和認真的數據處理，足夠準確，可以補充或替代許多應用的地面勘測方法。
為了支持他們的假設，這些研究人員使用配備高精度 PPK GNSS 系統和 Zenmuse X4S 相機的 DJI Inspire 2 無人機對 4 英畝的教堂場地進行了七次三角測量。該站點包含已知無人機數據可以很好地建模的光滑表面（停車場、田野和屋頂），以及預計不適用於航空攝影測量的特徵（牆壁、架空電線和植被下方的地面）。研究人員使用來自立體圖像對的數據來填充缺失或扭曲的特徵。
儘管無人機的高端定位系統意味著精度幾乎不依賴於地面控制，但該團隊收集了 23 個分佈良好的控制點來計算冗餘轉換，並為有意義的統計提供足夠的數據。
航拍數據採集在現場時間半天完成，處理工作又需要一天半。與此同時，傳統的測量和數據處理需要三天時間。
由於只有 2 厘米的垂直均方根誤差 (RMSE)，無人機測繪結果始終如一且足夠準確，可用於許多典型的地面測量應用。研究人員還觀察到，當無人機在較低的高度飛行時（儘管收益遞減），準確性有所提高。如果這是一個典型的地面測量項目，使用無人機將節省 33% 的時間和 58% 的成本。
研究人員通過對太陽能電池板安裝進行屋頂調查，進一步研究了無人機測繪的經濟可行性。該團隊在一天內收集了三個雜貨店屋頂的航拍數據，範圍在 3 到 7 英畝之間。沒有在屋頂上放置任何工人，所有特徵都以立體聲方式提取，包括燃氣管線、屋頂通風口、暖通空調裝置、天窗和電氣面板。傳統的地面測量從項目啟動到最終交付需要 12 天，而“飛行到交付”只用了 7 天——實現了 41% 的成本節省和 58% 的時間節省。
在另一個例子中，該團隊在一天內從一個 260 英畝的高爾夫球場收集了用於完整地形-平面測量的航拍數據。如果採用經典方法，三名現場工作人員將需要 30 天的時間來收集這些數據，從而導致課程的大量停機時間。事實上，球場上一些植被茂密的區域需要進行常規測量，但無人機能夠通過選擇合適的立體模型，通過立體編譯繪製出許多半遮擋的位置。實際上，整個站點在 15 天內繪製完畢，節省了 75% 的成本和 50% 的時間。
那麼無人機能否被稱為準確、有效的土地測量工具呢？答案是肯定的。不僅如此，Journal of Unmanned Vehicle Systems 的研究清楚地展示了該技術節省成本和時間的潛力，這是測量員永遠不應忽視的一個考慮因素。
無人機攝影測量的其他應用
在這一點上，我們已經確定無人機可以對測量項目產生巨大影響，可能會減少一整天的工作時間。然而，土地測量並不是無人機攝影測量產生變革影響的唯一領域。其他部門包括：
- 建築：使用攝影測量進行測量可以揭示有關正在建造的土地的信息。此外，使用無人機進行空中建模可以協助進行 BIM 和整體施工項目管理。
- 房地產：房地產經紀人正在使用無人機製作待售房屋的準確 3D 模型並提供虛擬遊覽。由於 COVID-19 大流行，這項技術已經起飛。
- 工程：工程師可以使用攝影測量圖像來構建建築物和設備的 3D 模型
- 能源：石油和天然氣公司使用無人機來監控管道周圍區域的環境隨時間的變化。土地測量也通常在該部門實施。
在幾乎所有重視精確測量的行業中，無人機都可能被用作資產。
為什麼是大疆？
很明顯，今天的無人機已成為土地測量員工具包中極其有價值的補充，並且正在越來越多地補充或取代許多應用的地面測量方法。然而，為了確保獲得預期的準確結果，您不僅需要使用正確的無人機測量方法，還需要最好的設備。
下一代測繪無人機，例如DJI Phantom 4 RTK，使測量員能夠實現厘米級的數據精度，同時需要更少的控制點。這款無人機的主要功能包括厘米級定位系統、確保數據準確性的 TimeSync 系統和 1 英寸 20 兆像素 CMOS 傳感器。通過1cm+1ppm RTK水平定位精度、1.5cm+1ppm RTK垂直定位精度和攝影測量模型最大5cm絕對水平精度，近乎精確的坐標精度成為可能。結合強大的攝影測量相機有效載荷，如Zenmuse P1，您擁有適合土地測量員的理想設置。
當然，即使是最好的無人機也會受到您使用的地圖軟件的限制。DJI Terra等強大的解決方案可幫助您將照片轉換為可操作的 2D 正射馬賽克和 3D 模型。
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資料來源：
https://www.gisresources.com/common-business-uses-photogrammetry/
https://www.nrcresearchpress.com/doi/full/10.1139/juvs-2018-0030?src=recsys&#.XmHk-6gzY5v
