如何使用无人机创建3D数字地形模型

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数字地形模型

数字高程模型（DEM）是一种三维地形模型，仅包含表面高程数据（不含树木、房屋或其他对象）。在过去几年中，DEM是在对无人机拍摄的图像进行处理后创建的。

Aeromotus专家是俄罗斯无人驾驶解决方案的集成商，也是大疆工业的官方经销商。本文讲述如何利用无人机帮助提高数据收集工作的效率，以构建数字地形模型。

具有自动绘制对象轮廓的数字地形模型

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数字地形（DEM）的应用范围

地形高程的数字图形图像用于各种行业，可以显著减少工作时间和财务成本。

据EuroChem-Project矿山测量部门的专家德米特里·赫沃斯坦采夫（Dmitry Khvostantsev）的说：我们在2021年以1：500、1：10000的比例进行了约75平方公里的地形测量。使用无人机，实地工作花了1.5个月，室内工作又花了3个月。但我认为，如果我们用传统的方法完成这项工作，在泰加林区的森林里，可能要花两年左右。

DEM的主要应用领域是：

道路建设；

与矿物开采和优化清理有关的测量工作；

地下水位测量；

城市和国土规划；

建筑工程；

大面积景观设计；

保护自然资源；

制作电子地图。

带有高程图的数字地形模型示例

数字高程模型对于成功启动和执行一系列人类活动至关重要。专业人员可以借助该模型，高质量和全面地了解所调查的对象。

DEM是一个密集的云点

等高线形式的DEM（地貌）

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如何在无人机帮助下创建数字模型

数字高程模型是一般地形图的一部分，有自己的坐标参考。如有必要，可通过对邻近地区的后续调查来补充该模型。这对研究活动非常有用。

为编制DEM，收集信息的方法是：

地面地形测量。它需要大量的精力、时间和特殊设备，并且比使用以下方法更容易出错。

从空中实施的摄影测量：卫星、飞机或无人机。

利用装有激光雷达的无人机进行空中激光扫描。

雷达干涉测量。

以三角剖面表示的河流高岸居民点的DEM

数字高程模型作为高程图（近似值）

通常，为了获得更准确的结果，需要汇聚多个方法获得的数据。尽管在无人机的帮助下获取高质量和准确信息的现代方法早已被证明是最有效的方法之一。

当然，摄影测量和空中激光扫描，对获得的数据进行后续处理以构建数字地形模型需要专业知识和技能。Aeromotus工程师在理论和实践中为新的无人机用户提供无人机驾驶和数据处理的基本知识。课程只持续几天，但获得的技能足以在专业水平上解决生产、业务流程、科学研究等问题。

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使用航空激光扫描拍摄采石场的示例

在其中一家工业企业中，使用Matrice 300 RTK+Zenmuse L1无人驾驶综合体，对占地180公顷的采石场进行了空中激光扫描（VLS）。拍摄速度为11.5米/秒的情况下，在该地区上空飞行77分钟。同时，相对于起飞点，拍摄高度为60米。

数字模型定标（空中激光扫描）

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用于创建DEM的无人机设备

强大的专业相机和激光扫描仪，以及用于数据分析和处理的数字工具的积极开发，使无人机成为构建DEM不可或缺的工具。

据Aeromotus专家介绍，实现这一目标的最佳解决方案是基于Matrice 300 RTK通用飞行平台的工业无人综合体，结合可连接的有效载荷-Zenmuse P1摄影测量相机和Zenmuse L1激光雷达进行空中激光扫描（VLS）。

Zenmuse L1空中激光扫描甚至可以透过树冠拍摄地形

大疆Matrice 300 RTK通用平台

“一个平台，一百个解决方案”——这就是所谓的Matrice 300 RTK无人机。这种无人机的特点是它的通用性。由于能够连接各种有效载荷（各种相机、热成像传感器、激光雷达和其他设备），该无人机可以收集高度详细的数据，用于各种行业的各种工作。

M300 RTK是工业级的旗舰无人机，结合了大疆公司多年的研发经验。由于能够在空中停留长达55分钟，无人机能够在不中断任务的情况下拍摄大面积区域。无人机的最高速度为84公里/小时。自热式电池确保无人机即使在低温（高达-20°C）下也能工作。

Matrice 300 RTK+摄影测量相机Zenmuse P1

M300 RTK可以进行远距离通信：无人机可以发射到15公里以外。该无人机还具有符合IP45标准的保护，可在恶劣的天气条件下使用。

Zenmuse P1摄影测量相机

使用Zenmuse P1，你可以创建逼真的3D图像和点云。P1有一个强大的全画幅4500万像素传感器，具有3:2的分辨率（8192×5460）和16:9的视频（3840×2160）。

Matrice 300 RTK，配备Zenmuse P1摄像头

激光雷达DJI Zenmuse L1

它结合了RGB摄像头与1英寸CMOS矩阵、高精度IMU单元和Livox Lidar模块。所有这些都确保了高质量的地形测绘和空中激光扫描。

与M300 RTK无人机完美集成，可以同时处理点云，缩小或放大图像，然后将其传输到3D模型。激光对人和动物是绝对安全的。当接触到眼睛或粘液时，激光不会引起反应，也不会对身体造成伤害。

搭载 DJI Zenmuse L1 激光雷达的 Matrice 300 RTK 无人机

参考资料

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1、vestnikglonass  《使用无人机的 3D 数字模型》