無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理技術(shù)及應(yīng)用

張瑩瑩 程海波

摘要：無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)屬于一種高新技術(shù)，在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急測(cè)繪等方面的應(yīng)用較為廣泛。論文通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理進(jìn)行概述，對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪處理的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了深入探究，以期進(jìn)一步提高我國(guó)無(wú)人機(jī)測(cè)繪的應(yīng)用水平，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，將無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)勢(shì)充分利用起來(lái)，提升整個(gè)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展水平。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)測(cè)繪；數(shù)據(jù)處理；關(guān)鍵技術(shù)？

1 引言

無(wú)人機(jī)測(cè)繪測(cè)量系統(tǒng)作為現(xiàn)代化測(cè)繪測(cè)量裝備體系的重要組成部分，不僅在測(cè)繪測(cè)量應(yīng)急保障服務(wù)中起著重要作用，也在國(guó)家政府部門的應(yīng)急救援體系中充當(dāng)著重要角色。推廣應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)繪測(cè)量技術(shù)，一是能夠有效提高測(cè)繪測(cè)量應(yīng)急服務(wù)保障水平，二是能夠有效的增強(qiáng)測(cè)繪測(cè)量成果，三是能夠有效促進(jìn)數(shù)字化城市建設(shè)的步伐，四是能夠有效的提高社會(huì)管理效能。

2 無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理概述

無(wú)人機(jī)指借助無(wú)線電遙控設(shè)備，并且配備了程序控制裝置的不載人飛機(jī)。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，包括了以導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)為主的多種系統(tǒng)。若根據(jù)平臺(tái)構(gòu)型分類，可以將無(wú)人機(jī)劃分為無(wú)人直升機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)以及多旋翼無(wú)人機(jī)這三種，目前在無(wú)人機(jī)測(cè)繪的應(yīng)用領(lǐng)域中，以固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)的應(yīng)用為主。而無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理指的是根據(jù)控制點(diǎn)所提供的數(shù)據(jù)，將無(wú)人機(jī)拍攝的航空?qǐng)D像或者航飛數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而形成數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品的一個(gè)過(guò)程。盡管與傳統(tǒng)的人工測(cè)繪技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的工作效率與測(cè)繪準(zhǔn)確性有了較大提高，但在日益增長(zhǎng)的測(cè)繪市場(chǎng)需求的影響下，必須對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，以期進(jìn)一步提高其工作效率。

3 無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)

3.1相機(jī)校驗(yàn)

非量測(cè)相機(jī)是無(wú)人機(jī)測(cè)繪必須搭載的，其主距與相片中心坐標(biāo)系中像主點(diǎn)的坐標(biāo)均是未知的，按照測(cè)得影像不能直接對(duì)像主點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行確定，故必須內(nèi)定像。此外非量測(cè)相機(jī)的鏡頭具有較大的畸變差，故其所測(cè)量的像點(diǎn)坐標(biāo)也存在著誤差，進(jìn)而對(duì)物方坐標(biāo)的計(jì)算精度產(chǎn)生影響。因此，必須對(duì)其進(jìn)行校正。

3.2 DOM生產(chǎn)

DOM即數(shù)字正射影像技術(shù)，其指的是通過(guò)對(duì)航空相片的數(shù)字微分糾正與鑲嵌，并根據(jù)特定的圖幅范圍對(duì)進(jìn)行裁剪而形成的數(shù)字正射影像集，其不僅具有地圖幾何精度，同時(shí)也具有一定的影像特征。無(wú)人機(jī)航空拍攝產(chǎn)生DOM的過(guò)程，主要有DEM數(shù)據(jù)處理、影像糾正處理、影像勻光勻色處理等，而DEM處理的質(zhì)量直接影響著DOM的精度。

3.3 PPK和INS

一般情況下，無(wú)人機(jī)的重量均比較輕，故其飛行姿態(tài)具有一定的不穩(wěn)定性，對(duì)影像處理的成果精度存在一定影響。所以，必須對(duì)無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，拍攝每一張相片的姿態(tài)與位置進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。PPK技術(shù)即動(dòng)態(tài)后處理技術(shù)，是一種借助載波相位進(jìn)行差分的GPS定位技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，PPK技術(shù)不僅對(duì)通視條件、季節(jié)、氣候以及能見(jiàn)度等外界環(huán)境條件的要求比較小，而且作業(yè)半徑比較大，能夠達(dá)到30千米。同時(shí)，PPK技術(shù)的定位精度也比較高，能夠精確到5毫米，且誤差既不會(huì)傳播也不會(huì)積累。而INS技術(shù)即慣性參考系統(tǒng)，其屬于一種自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)，既不向外界輻射能量，同時(shí)也不依靠外部信息。通過(guò)PPK技術(shù)和INS技術(shù)，能夠獲取具有較高精度的位置信息以及姿態(tài)信息，可以被應(yīng)用在空中的三角測(cè)量。

3.4 DEM生產(chǎn)

DEM即數(shù)字高程模型，即指利用有限的地形高程的數(shù)據(jù)信息，對(duì)地形地面進(jìn)行數(shù)字化模擬，屬于數(shù)字地形模型的一種，同時(shí)也與DOM的精度具有直接聯(lián)系。盡管無(wú)人機(jī)航空的軟件已經(jīng)做到了自動(dòng)匹配，但鑒于現(xiàn)實(shí)地物的復(fù)雜程度，以及人工建筑物所帶來(lái)的影響，必須對(duì)DEM實(shí)現(xiàn)人工編輯，以此來(lái)提高原始航片糾正的基礎(chǔ)水平，進(jìn)而為DOM的精度提供有力保障。

4 無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品的具體應(yīng)用

4.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)

環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)與治理的重要內(nèi)容。應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品能夠更加快速且高效率的獲得航空影像，且這些影像均具有較高的分辨率，方便工作人員觀測(cè)，進(jìn)而通過(guò)分析影像實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染情況的監(jiān)測(cè)，特別是關(guān)于排污污染方面的監(jiān)測(cè)。不僅如此，在海洋監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、溢油監(jiān)測(cè)、濕地監(jiān)測(cè)、海岸帶監(jiān)測(cè)、固體污染物監(jiān)測(cè)以及植被生態(tài)監(jiān)測(cè)等方面，均可以利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空影像拍攝或者進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的處理實(shí)施。

4.2 國(guó)土測(cè)繪

國(guó)土測(cè)繪是我國(guó)土地資源管理的重要內(nèi)容，其不僅影響著我國(guó)土地資源的利用效率，同時(shí)也關(guān)系著我國(guó)的基本國(guó)情。將無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品，應(yīng)用到國(guó)土測(cè)繪當(dāng)中，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行土地資源數(shù)據(jù)的航空拍攝，可以使相關(guān)工作人員更加快速且準(zhǔn)確地掌握被測(cè)區(qū)土地使用的實(shí)際情況，對(duì)國(guó)土資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與調(diào)查、土地利用動(dòng)態(tài)圖監(jiān)測(cè)、土地使用與覆蓋圖更新以及特征信息的分析等方面工作，均極為有利，可以顯著提升測(cè)繪工作效率。

4.3 災(zāi)情救援

在發(fā)生災(zāi)情之后，第一時(shí)間救援工作的開(kāi)展直接關(guān)系著救災(zāi)的實(shí)際效果。在玉樹(shù)地震、汶川地震、舟曲泥石流、茂縣山體滑坡等災(zāi)情發(fā)生之后，我國(guó)的救援部隊(duì)第一時(shí)間將測(cè)繪無(wú)人機(jī)應(yīng)用在了救援現(xiàn)場(chǎng)，充分利用其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、靈活性高等特點(diǎn)，及時(shí)且迅速獲取了災(zāi)區(qū)地段的影像，并由影像分析獲得了重要數(shù)據(jù)，不僅極大方便了救災(zāi)工作的開(kāi)展，提高了救援工作效率，同時(shí)也對(duì)災(zāi)后的重建工作發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié)論

無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)比較明顯，不僅具有較快的時(shí)效性與較高的分辨率，同時(shí)其生產(chǎn)周期也比較短。正是因?yàn)槿缟蟽?yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)中，其中，以環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)土測(cè)繪以及災(zāi)情救援方面的應(yīng)用最為成熟。本文在簡(jiǎn)單介紹了無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理之后，深入分析了無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：相機(jī)校驗(yàn)、DOM生產(chǎn)、PPK和INS、DOM生產(chǎn)等?？偠灾S著計(jì)算機(jī)技術(shù)與可視化技術(shù)發(fā)展水平的不斷提高，加之虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理效率，同時(shí)也豐富了數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品的表現(xiàn)形式，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

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（作者單位：自然資源部經(jīng)濟(jì)管理科學(xué)研究所；黑龍江省測(cè)繪科學(xué)研究所1

黑龍江百立成路橋有限公司2）