無人機遙感在第三次國土調(diào)查中的應(yīng)用實驗

張 璐

(北京中色地科測繪有限公司, 北京 122000)

0 引言

無人機遙感在農(nóng)作物研究[1-3]、林草及動物監(jiān)測研究[4-8]、災(zāi)害評估[9-10]等方面已經(jīng)廣泛應(yīng)用。在土地調(diào)查方面,王穎[11]、劉鎖珍[12]研究了無人機遙感影像在第三次土地調(diào)查中的應(yīng)用,何少林[13]研究了基于無人機遙感影像的土地信息提取及專題圖制作問題,楊云輝[14]研究了基于無人機影像的田坎面向?qū)ο筇崛栴}等。

由于第三次國土調(diào)查真正實施是2019年初開始的,可見的研究文獻并不多,尤其在山區(qū)、高山區(qū)的應(yīng)用情況介紹更少。在第三次國土調(diào)查中,在高山區(qū)利用無人機輔助進行地類的判別是本研究的重點。

1 無人機遙感影像獲取的過程

1.1 原始航片獲取

本研究選用瑞士SenseFly公司生產(chǎn)的電動測繪型無人機Sensefly ebee。該機屬于固定翼無人機,翼展96 cm,起飛重量630 g,航速36～57 km/h,飛行時長45 min,相機像素16 MP。該機的航測系統(tǒng)包括操作平臺、通信系統(tǒng)以及航線規(guī)劃控制等模塊,并且具備無影像后處理功能,可囊括遙感影像生產(chǎn)全過程。

圖1給出了用Sensefly ebee獲取無人機原始航片的流程。其中像控點的平面坐標(biāo)是通過D級GPS(Global Position System)靜態(tài)測量獲取的;像片航向和旁向重疊度分別為(80±5)%和(40±5)%;原始航片的分辨率為0.08 m。

圖1 無人機原始航片獲取流程圖

1.2 影像數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理大致步驟為:根據(jù)航攝影響和像控數(shù)據(jù),經(jīng)過空三加密,利用數(shù)字攝影測量工作站采集特征線、高程點,再根據(jù)采集成果匹配生成(Digital Elevation Model,DEM)。利用生成的DEM對航片進行正射糾正,再進行影像拼接融合,最終得到數(shù)字正射影像圖(Digital Orthographic Map,DOM)。全部生產(chǎn)流程見圖2。

圖2 DEM及DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)流程圖

2 實驗區(qū)調(diào)查信息提取的結(jié)果比較分析

2.1 實驗區(qū)概況

實驗區(qū)位于貴州省黔南布依族苗族自治州獨山縣的麻萬鎮(zhèn),見圖3,總面積141 km2,距廣西壯族自治區(qū)的南丹縣120 km,距黔南州的都勻市48 km,距貴陽市198 km。

麻萬鎮(zhèn)位于云貴高原中貴州至廣西壯族自治區(qū)丘陵的過渡地帶,整體呈箱裝背斜,比周邊地區(qū)高300～500 m,最高海拔為1 465 m,最低海拔為500 m,平均海拔850～1 100 m。實驗區(qū)屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候,四季分明,年均氣溫15 ℃,氣候宜人。

2.2 三種調(diào)查方法信息提取的結(jié)果

本次實驗基于無人機遙感影像(分辨率0.2 m)和SPORT6衛(wèi)星遙感影像(分辨率2 m)分別用人工解譯的方式提取同一調(diào)查區(qū)的信息,然后與外業(yè)調(diào)查后的標(biāo)準成果進行對比,從而分析兩種影像調(diào)查的準確率和效率。利用SPORT6衛(wèi)星遙感影像、無人機遙感影像室內(nèi)解譯以及實地調(diào)查的成果分別見圖3～5。

圖3 實驗區(qū)衛(wèi)星遙感影像內(nèi)業(yè)解譯成果

目視觀察可以看出,圖4和圖5較接近,圖3和圖5差異較大。

圖4 實驗區(qū)無人機影像數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)解譯成果

圖5 實驗區(qū)外業(yè)調(diào)查后成果

2.3 兩種影像解譯的錯誤圖斑分布

將圖4與圖5、圖3與圖5疊加,通過疊加分析,得到利用2種遙感影像室內(nèi)解譯的不一致圖斑(錯誤圖斑),可以看出,利用無人機遙感影像室內(nèi)解譯的錯誤率(各地類綜合錯誤率9.77%)明顯低于利用衛(wèi)星遙感影像室內(nèi)解譯的錯誤率(各地類綜合錯誤率14.35%)。

2.4 兩種數(shù)據(jù)源內(nèi)業(yè)解譯地類精度對比

將用2種數(shù)據(jù)源內(nèi)業(yè)解譯的地類圖斑數(shù)與外業(yè)實際調(diào)查的地類圖斑面積按一級類匯總,算出用2種數(shù)據(jù)源內(nèi)業(yè)解譯出現(xiàn)的錯誤地類圖斑面積、解譯面積錯誤率，結(jié)果列入表1,相應(yīng)的錯誤率對比見圖6。

表1 內(nèi)業(yè)解譯與外業(yè)調(diào)查地類面積對比

圖6 內(nèi)業(yè)解譯錯誤率分布柱狀圖

從表1和圖6可以看出,利用無人機影像解譯的地類面積精度高于用衛(wèi)星影像解譯的地類面積的精度。用無人機影像解譯的地類面積的準確率總體達到了90.23%;用遙感影像解譯的地類面積的準確率總體達到了85.65%。

4 結(jié)束語

本研究介紹了利用無人機獲取實驗區(qū)地表原始影像的流程、DEM及DOM制作的流程、用無人機遙感影像與用衛(wèi)星遙感影像室內(nèi)解譯結(jié)果的對比情況。通過研究得出如下結(jié)論:(1)用無人機遙感影像室內(nèi)解譯地類的精度遠遠高于用衛(wèi)星遙感影像室內(nèi)解譯地類的精度;(2)在山區(qū),由于地面起伏比較大,無人機遙感影像的精度并不均勻,地類判讀的差錯率依然較高;(3)在山區(qū),無人機用于國土調(diào)查難以代替外業(yè)核實。

無人機用于國土調(diào)查的主要作用是通過其影像判別地類。在山區(qū),由于受到地形的影響,無人機飛行的高度不可能太低,以防炸機。但無人機飛得太高,對地物判別的差錯率又會變高。若要進一步提高地類的判別精度,在無人機上搭載光譜儀獲取地表植被的光譜特征以輔助地類的判別,可作為進一步實驗研究的課題。