淺議無人機(jī)航拍和正射影像圖的制作

李晶晶

摘要：隨著人們對環(huán)境探測的需要，地理環(huán)境測繪的需求，出現(xiàn)快速增長，現(xiàn)階段很多地理測繪是由無人機(jī)航拍完成的。作為一種嶄新的遙感監(jiān)測平臺，無人機(jī)具有高時效、低成本和風(fēng)險小和許多其他的優(yōu)點，越來越受到測繪人員的青睞。為國土資源檢測、環(huán)境檢測等提供了有效的依據(jù)；然而無人機(jī)空中三角測量系統(tǒng)中的圖像圖片小，數(shù)量多，導(dǎo)致工作量大，圖片重疊邊緣呈現(xiàn)不規(guī)則的彎曲度，已成為國內(nèi)外攝影測量系統(tǒng)所迫切需要解決的問題。本文主要研究解決無人機(jī)影像在數(shù)據(jù)處理過程中存在的問題。

關(guān)鍵詞： 電子地圖數(shù)據(jù)提取地圖配置；低空攝影測量；數(shù)字正射影像圖；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)深加工

前言

通過遙感技術(shù)和無人機(jī)的結(jié)合，使無人機(jī)先進(jìn)性能，越來越自動化、智能化，可以快速獲得土地、資源和環(huán)境等各種空間遙感信息。

1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)無人機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用仍處于起步階段，大多數(shù)從事無人機(jī)空中飛行團(tuán)隊測繪人員，把握不準(zhǔn)航空攝影測量的特點，缺乏測繪行業(yè)的背景知識，造成飛行平臺、傳感器和數(shù)據(jù)處理軟件三者之間脫節(jié)，難以或無法處理大量的圖像數(shù)據(jù)；目前航空攝影團(tuán)隊使用超小型或小型無人機(jī)，承載能力低、飛行性能有限和續(xù)航能力較短，、事故率更高，限制其大規(guī)模應(yīng)用和推廣；單一相機(jī)是無人機(jī)主要遙感傳感器、無法滿足測繪地形圖對其高程精度要求。

在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)力量雄厚的國外，“賽斯納”等配備完整的傳感器系統(tǒng)多是其標(biāo)配，GPS導(dǎo)航和POS系統(tǒng)的輕型飛機(jī)或更高級的機(jī)型也常作為低空遙感相機(jī)平臺。

2、 使用無人機(jī)航攝的優(yōu)勢

2.1無人機(jī)起降靈活，易于轉(zhuǎn)場

在實際作業(yè)現(xiàn)場中，大多數(shù)遙感航空攝影任務(wù)，是有人駕駛航拍機(jī)無法抵達(dá)的領(lǐng)空；或者是飛行高度低于有人駕駛航拍機(jī)的安全高度，有人駕駛航拍機(jī)無法安全拍攝；或核泄漏等對人員人身安全造成威脅的危險地區(qū)；無人機(jī)因其靈活、重量輕、體積小，使它不需要特殊的專用起降場、發(fā)射準(zhǔn)備時間短，容易操作?？梢栽L問復(fù)雜的地形地區(qū)和建筑物密集的城市地區(qū)。特別適合使用我國南部丘陵、多云地區(qū)。

2.2 可以超低空視距飛行，飛行成本低

通其他遙感系統(tǒng)相比，無人機(jī)系統(tǒng)和傳感器，具有很好的成本效益的，具有較低的后期圖像處理成本。飛行高度跨度大，可以到達(dá)從50米到5000米的高度，高達(dá)10米的控制精度。在超低空飛行下，速度較低，可達(dá)到良好的光學(xué)圖像。

2.3不需要繁瑣的飛行審批手續(xù)

無人機(jī)屬于可視遙控飛行器，所以基本不用在每次飛行時，向空管部門上報繁瑣的飛行審批（機(jī)場等管制地區(qū)除外）

2.4無人機(jī)不用擔(dān)心駕駛員的安全問題

由于是無人駕駛，所以，無人機(jī)不用擔(dān)心由于駕駛員操作不當(dāng)帶來的各種安全問題。

2.5無人機(jī)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不合適可立即重新拍攝，航攝效率較高；航拍有效拍攝時間較長，可在航拍區(qū)域附近放飛，無效飛行時間短；工作現(xiàn)場、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)場較集中，非常方便統(tǒng)籌安排飛行航拍。

3、無人機(jī)航空影像數(shù)據(jù)要求

3.1對拍攝像片傾斜角的要求

無人機(jī)拍攝圖片，最多不超過 12度，一般不大于 5-6度，出現(xiàn)超過 8度的數(shù)量不超過總數(shù)的10%。

3.2對航攝比例尺的要求

航攝比例尺應(yīng)根據(jù)地形的不同特性，在保證精度的前提下，從縮短制圖的周期，降低成本，提高測繪的綜合效益的原則下進(jìn)行選擇。

3.3航高差的標(biāo)準(zhǔn)

相同的導(dǎo)航路線，相鄰的圖片高度差不得大于30米。無人機(jī)飛行高度差應(yīng)小于或等于50米；攝影時實際飛行高度與設(shè)計飛行高度偏差不應(yīng)超過百分之五。

3.4攝區(qū)邊界覆蓋保證

航向覆蓋超出以外區(qū)域邊界應(yīng)不少于兩個基線。覆蓋在邊界附近地區(qū)一般不應(yīng)少于50%像圖片。

3.5對像片重疊度的要求

考慮到航線網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域的結(jié)構(gòu)和模型之間的聯(lián)系等等，為了滿足航攝成圖的需要，需要三個相鄰的航空照片應(yīng)該有公共的重疊。

一般要求：航向重疊應(yīng)該60% ～ 65%，個別不得大于75%，最小的最低不得少于56%。旁向重疊度應(yīng)為 30%-35%，個別最小不得小于 13%。

4、對無人機(jī)獲得的圖像的處理

4.1、圖像糾正

數(shù)字圖象糾正的作用，是糾正原始圖像的幾何畸變，生成滿足要求的地圖投影，或圖象表達(dá)要求的新圖象。其基本方法，有兩種：一種是像坐標(biāo)變換，第二個是重采樣像素亮度值。

4.2圖像配準(zhǔn)

圖像數(shù)據(jù)或地圖，在進(jìn)行圖像配準(zhǔn)時，掃描形成一個位圖圖像和矢量數(shù)據(jù)，可以視為正交投影，基本上解決了簡單的圖像配準(zhǔn)，并使用最小平方法方案，可以獲得滿意的結(jié)果，這種方法與多項式校正原理相同。

4.3圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是指提高或突出圖像中的某些信息，削弱或消除一些不需要的信息技術(shù)。它對遙感數(shù)字圖像是有意義的。圖像增強(qiáng)方法和光學(xué)增強(qiáng)方法是常用的增強(qiáng)方法。根據(jù)圖像處理的效果，可分為圖像對比度增強(qiáng)、圖像平滑、圖像銳化處理和圖像處理的顏色，等等。

4.4圖像的編輯

本模塊還接合生產(chǎn)實際，研究了兩種智能化算法：一是自動內(nèi)插等高線，二是自動生成街道緩沖區(qū)。這兩種方法極大地提高了該部分的編輯速度，提高了在圖形編輯過程中的作業(yè)效率。

結(jié)語

無人機(jī)低空攝影相對于傳統(tǒng)航空攝影來說，優(yōu)勢頗多。比如，無人機(jī)具有機(jī)身重量較小、有效滯空時間長、能對檢測對象提供實時遙感的特點、飛行高度、速度改變靈活、相機(jī)分辨率高、航拍成本低廉等特點，無人機(jī)作為遙感數(shù)據(jù)獲取源，應(yīng)用日益廣泛，已經(jīng)越來越成為主要的獲取途徑。無人機(jī)航拍，能滿足局部范圍內(nèi)地理、環(huán)境數(shù)據(jù)采集，可有效完善中國低空航空遙感監(jiān)測系統(tǒng)，提高地理空間數(shù)據(jù)采集、處理和分析能力，也起到一定的作用，推動高分辨率遙感數(shù)據(jù)普及，，減少了國家不同的相關(guān)領(lǐng)域過度依賴外國高分辨率遙感數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀。

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