無人機數據處理技術教學方法研究

易俐娜

摘要：無人機數據處理技術為測繪產品生產提供了新手段，廣泛應用于各種測繪工程。作為攝影測量學新技術，須在攝影測量學基礎課程中適當增加無人機數據處理方面的教學內容。本文結合DPGrid無人機航測數據處理的整體解決方案，以實際軟件操作演示案例進行關鍵方法的講解，能達到激發學生學習熱情，促進學生學習新技術的目的。

關鍵詞：無人機；攝影測量；數據處理；教學案例

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）01-0182-02

一、引言

無人機低空航拍攝影技術作為一項空間數據獲取的重要手段，具有續航時間長、影像實時傳輸、高危地區探測、成本低、高分辨率、機動靈活等優點[1]，其獲得的航拍數據被越來越多的應用于各種測繪項目[2]，以獲取測繪4D產品。然而由于無人機體積小，容易受天氣風力影響，飛行姿態差，航片重疊度不規則，航片傾斜角和旋偏角容易偏大，且航拍攜帶非量測相機相幅小、相片基線短、圖面質量較差、經常會出現影像模糊，常規的數據處理方法較難實現無人機數據的快速處理。為滿足工程應用的需要，一些新的無人機數據處理技術被提出，相關技術人員的社會需求也逐漸增多[3]。可見，在攝影測量學本科教學中增加相關內容以加深學生對該技術的了解非常必要。本文擬以武漢大學研發的DPGrid軟件中無人機航測整體解決方案為基礎設計相應的教學內容及案例，達到讓學生了解無人機航片處理關鍵技術的目標。

（一）無人機航測數據處理教學內容

無人機航測數據處理的教學內容應包括低空航測的定義、低空無人機平臺、低空無人機數據的特點及低空數據處理的關鍵方法及步驟[4、5]。低空航測就是在較低相對航高采用小型飛行器搭載小像幅數碼相機進行航空攝影測量工作。該技術在我國最早發展于20世紀90年代，從2008年開始無人機航測數據第一次在應急救災領域得到了應用。常見的低空無人機平臺有三角翼、飛艇、輕型飛機等，能搭載各種2000萬像素以上小像幅相機作為傳感器進行航空攝影。由于成本較低，且能靈活機動地應用于小范圍航測和應急測繪，2010年4月無人機被集中裝配到全國各省局以推廣其應用。2011年，武漢大學研發的數字攝影測量網格DPGrid軟件被正式推出，作為一個高性能海量航空航天遙感數據處理系統，它打破了傳統的攝影測量流程，集生產、質量檢測、管理為一體，能合理的安排人、機的工作，充分應用當前先進的數字影像匹配、高性能并行計算、海量存儲與網絡通訊等技術，大幅度地提高了數據處理的效率，縮短地圖更新周期，提高空間信息獲取的實時性，特別是對大型的自然災害的快速評估、應急反映的方面，對我國社會經濟發展以及軍事安全等都具有重要的意義。其中完整的無人機航測整體解決方案針對低空航測數據的航片重疊度不規則、傾斜角和旋偏角容易偏大、像幅小、基線短、圖面質量較差、影像模糊等數據處理難點，提出了許多先進的數據處理方法，包括小像幅影像畸變修正、影像增強、特征點提取、多級金字塔處理、大傾角立體像對的影像匹配、自動轉點、GPS/IMU光束法平差、影像勻光勻色、正射影像制作及自動鑲嵌等，為利用無人機航測數據高效生產大比例尺DOM、DEM、DLG等測繪產品奠定了基礎。在教學中，以上新方法的主要功能及實現步驟可通過對DPGrid軟件的演示操作案例進行講解，以加深學生的理解。

（二）DPGrid無人機數據處理流程及教學案例

在DPGrid軟件中，無人機數據處理模塊運用了網格計算的先進算法，能提高數據處理的效率[7]，在災害應急響應中發揮了巨大作用。無人機數據處理的基本流程如圖1所示。第一步是創建工程，設置工程目錄等參數；第二步，設置相機參數，排列航帶，進行影像預處理，包括內定向、畸變改正、影像勻色等，影像處理完后可以得到測區影像圖。在測區影像圖上先手工選擇航帶內和航帶間的同名點，然后通過全自動影像匹配獲得加密點（圖2）；第三步，量測一些地面控制點為平差計算加密點的地面三維坐標做準備；第四步，利用光束法區域網平差進行粗差剔除，并調整同名點的位置，使得平差結果滿足工程精度，獲得加密點坐標和影像的外方位元素；最后，建立數字高程模型（DEM），編輯DEM，進行正射影像生產、編輯，得到最終的測繪產品（圖3）。

為加強學生對無人機數據處理中各步驟的理解，在教學中還會以無人機數據處理的DPGrid操作演示案例進行講解。該案例采用4條航帶，總計20個無人機航片（圖4）進行數據處理的操作。首先創建工程，然后進行相機參數設置、控制點設置、航帶設置，進行影像預處理，接著在影像匹配前先加入一些種子點，進行影像全自動匹配，自動找到同名像點。接著進行光束法平差剔除粗差點，然后加入控制點進行光束法平差以獲得相片外方位元素和加密點的三維坐標，最后生產測繪產品，并進行產品編輯。如圖5為案例數據生產的數字正射影像（DOM）。

二、總結

無人機數據處理技術是測繪專業學生需要掌握和了解的新技術之一，本文利用DPGrid軟件中的無人機航測解決方案設計相應的教學內容及案例，能激發學生對攝影測量學這一課程的學習熱情，讓學生在學習中更積極主動的探求新知識，通過案例教學能讓學生把理論知識運用到實踐中去，為他們將來的工作奠定了良好基礎。

參考文獻：

[1]周曉敏，趙力彬，張新利.低空無人機影像處理技術及方法探討[J].測繪與空間地理信息，2012，35（2）.

[3]李德仁，李明.無人機遙感系統的研究進展與應用前景[J].武漢大學學報：信息科學版，2014，39（5）.

[4]劉剛，許宏健，馬海濤，等.無人機航測系統在應急服務保障中的應用與前景[J].測繪與空間地理信息，2011，34（4）.

[5]張周威，余濤，孟慶巖，等.無人機遙感數據處理流程及產品分級體系研究[J].武漢理工大學學報，2013，35（5）.

[6]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，2011，20（1）.

[10]洪運富，楊一鵬，楊海軍.DPGrid_LAT在尾礦庫無人機遙感影像處理中的應用[J].測繪通報，2013，（11）.