無人機技術在天水百萬畝土地整治中的應用

李鳳娟

（1.甘肅省地圖院，甘肅 蘭州 730000）

無人機航測技術作為一種新型的高效低空遙感影像獲取技術，擁有高機動性、低成本、實時對地觀測等眾多優勢，在土地整治、工程測繪、應急測繪保障等領域得到了廣泛應用[1]。但無人機空中姿態穩定性差，拍攝影像存在傾斜、變形、色彩不均勻等缺點，常規的空三軟件很難或無法順利處理無人機數據。本文結合天水市土地整治項目需求，針對無人機數據從影像快拼圖制作、像控點布設、空三加密到后期各種地形圖件的制作技術進行了研究探索。

1 無人機數據生產方案

根據天水土地整治項目的需求，首先使用無人機對測區進行航空攝影，通過每張像片的概略攝站坐標制作測區快拼影像圖，然后進行野外像控點的施測，完成空三加密后生產DOM和DLG，如圖1所示。

2 像控點布設

本測區位于甘肅省天水市，為黃土高原地貌，地形類別屬于山地。測區選用LT-150測量鷹航拍無人機，搭載Canon EOS 5D MarkⅡ相機。測區共飛行8條航線，共328張影像，面積約20 km2，地面分辨率為0.18 m，航向重疊度約為75%，旁向重疊約為40%，按4～5條基線間隔布設83個像控點，在測區內部均勻布設21個檢查點。

3 空三加密

1）資料準備。處理無人機數據前需要準備的文件包括原始影像數據、像控點成果、POS數據、相機參數等。無人機相機參數不同于量測型相機，需提供相機像主點坐標、相機焦距、像元大小、畸變差系數、CCD 非正方形比例系數、CCD 非正交性的畸變系數。

2）畸變差校正。無人機一般采用非量測數碼相機，物鏡畸變差較大，如果不考慮影像畸變直接使用，將影響空三精度，降低測圖精度。因此，做空三加密之前必須對無人機影像進行畸變差校正。

3）基本參數設置。設置正確的相機文件，導入畸變校正后的影像，建立正確的航帶信息，確保影像之間相對關系正確。

4）全自動連接點量測。構建測區自由網利用SIFT特征的旋轉、微小仿射變換不變性的性質，從金字塔影像上提取匹配點對，解決了無人機影像的旋轉角大、航向重疊度不規則的問題，通過穩健的誤匹配剔除方法，為后續精匹配提供良好的初值，并得到了立體像對的初始外方位元素，使得二維匹配變為近似一維搜索，提高了匹配的效率和可靠性；采用Forstner算子提取焦點、圓點等明顯特征，同時劃分均勻格網保證了點位分布的均勻性；采用最小二乘匹配使得結果更加準確[2]。連接點提取完成后，進行自由網平差，剔除自由網中的粗差點并查看自動點點位略圖，若點位分布不均勻或缺少標準點位點，則需手動添加連接點。

5）區域網平差。導入外業控制點坐標，軟件自動根據攝站點GPS數據將外業控制點計算到對應像片上，但在實際使用中，無人機攝站點GPS數據精度一般較低，自動計算的控制點位置存在較大誤差。在本次項目中首先正確觀測四角的地面控制點，然后進行控制網平差，再逐一立體觀測其他像控點，仔細分析平差報告，剔除粗差，確保每個像控點的觀測點位與控制片的刺點位置一致，最后輸出空三加密成果，即輸出加密點的大地坐標和影像的外方位元素。

6）精度分析。測區內檢測點中誤差如表1所示。通過分析，精度滿足1︰2 000地形圖測繪的要求。

表1 測區內檢測點中誤差

4 DOM和DLG成果

由于無人機數據像幅較小，像片數較多，采用支持多線程、并行處理的影像處理軟件完成高精度DEM的匹配、修測和DOM的制作，利用攝影測量工作站，制作DLG。具體成果如圖2、圖3所示。

圖2 正射影像圖

5 常見問題的處理方法

1）在制作影像快拼圖時，要注意將影像旋轉到正確方向，設置好與POS數據的對應關系。

圖3 黑王寨局部數字線劃圖

2）在處理無人機數據前，需對影像數據進行正確分析，在不造成攝影漏洞的前提下，剔除影像質量不好、航線端頭旋偏角較大的影像數據，以免后續影像連接點匹配失敗。

3）在布設像控點時，一般可按4～6條基線布設，在測區交通方便處均勻布設一定數量的檢測點。

4）為提高平差精度，建議在處理過程中采用二級優化策略。首先根據原始POS信息，自動匹配連接點構建測區自由網，優化初始外方位元素，然后根據優化的結果進行第2次自動連接點匹配，最后進行區域網平差計算。

5）在平差過程中，部分影像可能由于質量較差或缺乏紋理，自動匹配的連接點稀少。為了增強區域網連接力度，需人工添加連接點。

6）為了提高區域網可靠性，控制點可按雙點布點，特別是區域網四角控制點布設成雙點能顯著增強對整個區域的控制和精度。

7）雖然在空三加密前已對影像做過畸變差校正，但影像邊緣仍存在變形，應盡量避免在像對邊緣測圖。

[1]張文博.無人機航測技術在土地綜合整治中的應用研究[D].長沙:長沙理工大學,2013

[2]王琳.高精度、高可靠的無人機影像全自動相對定向及模型連接研究[D].北京:中國測繪科學研究院,2011

[3]孫浩.基于PixelGrid 系統的無人機影像空三加密及影像圖制作[J].測繪與空間地理信息, 2012(8):203-204,207

[4]劉彩麗.基于無人機小數碼航空攝影測量空三加密技術在1︰500 數字化成圖中的研究[J].測繪技術裝備,2013(3):8-10

[5]魯恒,李永樹,何敬,等.無人機低空遙感影像數據的獲取與處理[J].測繪工程, 2011(1):51-54

[6]任志明.無人機航測技術在成都平原信息快速獲取中的應用研究[D].成都:西南交通大學,2011

[7]GB/T 23236-2009.數字航空攝影測量 空中三角測量規范[S].

[8]GB/T 7931-2008.1︰500 、1︰1 000、1︰2 000地形圖航空攝影測量外業規范[S].

[9]GB/T 7930-2008.1︰500、1︰1 000、1︰2 000地形圖航空攝影測量內業規范[S].