無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)發(fā)展及行業(yè)應(yīng)用概述

無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)發(fā)展及行業(yè)應(yīng)用概述當(dāng)前，如何快速獲取位置數(shù)據(jù)已經(jīng)成為測(cè)繪地理信息行業(yè)研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的以衛(wèi)星、航空器為平臺(tái)的數(shù)據(jù)獲取方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是在中西部受天氣影響較大的地區(qū)很難拍攝到符合要求的高分辨率影像，運(yùn)用無(wú)人機(jī)為平臺(tái)的低空遙感能很好地發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)作為衛(wèi)星遙感不可缺少的補(bǔ)充手段，彌補(bǔ)了衛(wèi)星光學(xué)遙感和普通航空攝影經(jīng)常受云層遮擋獲取不到影像的缺陷。

無(wú)人低空遙感系統(tǒng)，是一種以自動(dòng)控制的無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，以機(jī)載遙感設(shè)備為有效載荷，飛行高度一般在1000m以下，獲取規(guī)則重疊度影像，并按定精度要求制作地理信息數(shù)據(jù)的航空攝影系統(tǒng)。通常由飛行平臺(tái)、遙感設(shè)備、地面監(jiān)控站、數(shù)據(jù)鏈路和應(yīng)急裝置等部分組成，具有成本低、精度高、分辨率高、效率高等特點(diǎn)。其所獲得的高分辨率影像能夠達(dá)到大比例尺地形圖精度要求。

1無(wú)人機(jī)低空遙感主要特點(diǎn)

1.1航攝效率高無(wú)人機(jī)航攝效率較高，可以通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行控制，進(jìn)行針對(duì)性航拍，重點(diǎn)獲取指定區(qū)域數(shù)據(jù)，針對(duì)不合格影像可以現(xiàn)場(chǎng)重新航拍。這類設(shè)備體積小，機(jī)動(dòng)靈活，通過(guò)地面遙控快速采集影像，不需要專用跑道起降，受天氣和空域管制的影響較小。此外無(wú)人機(jī)還可以抵達(dá)載人飛行器無(wú)法到達(dá)的空域或危險(xiǎn)地區(qū)。

1.2影像分辨率高影像主要以RGB三波段為主，可以掛載多光譜相機(jī)（R＼G＼B＼NIR）、高光譜相機(jī)和激光雷達(dá)傳感器，無(wú)人機(jī)低空遙感影像的最大優(yōu)點(diǎn)是遙感影像空間分辨率高（厘米級(jí)）、影像清晰。工業(yè)無(wú)人機(jī)普遍采用索尼、尼康等高精度數(shù)碼相機(jī)，高達(dá)4000萬(wàn)像素，可實(shí)現(xiàn)定距或定時(shí)拍照。所獲取影像為真彩色數(shù)字影像，成圖與實(shí)測(cè)誤差已經(jīng)滿足1：500的地形圖測(cè)量規(guī)范要求。

1.3數(shù)據(jù)處理速度快影像數(shù)據(jù)處理速度快，現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)。例如某國(guó)產(chǎn)軟件Pips能實(shí)現(xiàn)對(duì)航空影像數(shù)據(jù)以及低空無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)的快速自動(dòng)化處理，可完成從空中三角測(cè)量到各種比例尺的DEM、DOM、DLG等測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。特別是高性能計(jì)算機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用，將數(shù)據(jù)處理速度顯著提升。

1.4主要缺點(diǎn)影像獲取主要采用非量測(cè)型數(shù)碼相機(jī)，像幅較小，數(shù)量較多，數(shù)據(jù)量較大。攝影時(shí)飛機(jī)姿態(tài)和位置任意性較大，影像航向重疊度和旁向重疊度都不夠規(guī)則。影像間的比例尺不一致、旋偏角大、影像本身的畸變差較大等。這類影像是非標(biāo)準(zhǔn)遙感影像，實(shí)質(zhì)是缺乏定向參數(shù)的數(shù)字影像，這些情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)空三是現(xiàn)有數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的主要挑戰(zhàn)。

2影像處理主要流程

2.1影像預(yù)處理與影像重疊度計(jì)算影像預(yù)處理主要集中于數(shù)碼相機(jī)鏡頭非線性畸變的糾正和成像時(shí)由于飛行器姿態(tài)變化引起的圖像旋轉(zhuǎn)和投影變形的糾正。在焦距確定的情況下，鏡頭畸變屬于系統(tǒng)誤差，它對(duì)每幅圖像產(chǎn)生的影響都是相同的，可以用數(shù)學(xué)公式或模型加以模擬預(yù)測(cè)，進(jìn)行統(tǒng)一糾正。但是由于飛行的不穩(wěn)定造成的圖像旋轉(zhuǎn)和投影形變卻是每一幅都不一樣，需要逐幅進(jìn)行糾正。影像預(yù)處理還要注意落水、補(bǔ)飛、斷航線、斜飛等情況。

通過(guò)相鄰影像的匹配可以獲得大量的同名點(diǎn)，經(jīng)過(guò)同名點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量后，可以根據(jù)同名點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算相鄰影像數(shù)據(jù)的實(shí)際重疊度。

2.2空中三角測(cè)量空中三角測(cè)量的主要目的是為影像糾正、數(shù)字高程模型建立和立體采集提供定向成果。空中三角測(cè)量是利用航攝像片與所攝目標(biāo)之間的空間幾何關(guān)系，根據(jù)少量像片控制點(diǎn)，計(jì)算待求點(diǎn)的平面位置、高程和像片外方位元素的測(cè)量方法。

在空中三角測(cè)量時(shí)，匹配是通過(guò)坐標(biāo)系的變換，應(yīng)用前方后方交會(huì)的方法根據(jù)特征進(jìn)行的同名點(diǎn)匹配，需要進(jìn)行航內(nèi)航間的匹配，匹配密度較小?？杖ヅ涫菫榱Ⅲw測(cè)圖做準(zhǔn)備，匹配完成后，為了獲取模型連接點(diǎn)，還需進(jìn)行提取匹配點(diǎn)（串點(diǎn)）操作。相對(duì)定向是根據(jù)有一定重疊度的影像，以第一張像片的相主點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系為參照坐標(biāo)系，確定第二張照片相對(duì)于第一張照片的位置和姿態(tài)。絕對(duì)定向是通過(guò)量取地面控制點(diǎn)或內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)，解算模型的外方位元素，確定影像坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系之間的關(guān)系。通過(guò)添加控制點(diǎn)及刺加四個(gè)角點(diǎn)的控制點(diǎn)后進(jìn)行平差解算，預(yù)測(cè)剩余像控點(diǎn)的位置，從而對(duì)預(yù)測(cè)像控點(diǎn)精確調(diào)整，全部添加完畢后再次進(jìn)行平差，即可查看控制點(diǎn)精度報(bào)告。

2.3影像生產(chǎn)與制作DEM即地面高程信息，是對(duì)地貌形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型。數(shù)據(jù)線劃圖數(shù)據(jù)中的等高線、高程點(diǎn)、道路、水系等可以導(dǎo)入立體模型，與采集到特征點(diǎn)一起構(gòu)建TIN，內(nèi)插得到DEM。DEM可與DOM或其它專題數(shù)據(jù)疊加用于相關(guān)分析。

DEM數(shù)據(jù)對(duì)影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正和影像重采樣后可以生成數(shù)字正射影像，使用鑲嵌命令將正射影像集拼接生成DOM總圖（如圖2）。鑲嵌時(shí)應(yīng)注意拼接的一致性，不應(yīng)產(chǎn)生整體性視覺(jué)差異，在生成的DOM里，應(yīng)檢查是否有漏洞、扭曲以及錯(cuò)位等，若存在這些現(xiàn)象，可運(yùn)用“局部替換”或“邊界外延”進(jìn)行手動(dòng)編輯調(diào)整。

2.4質(zhì)量檢查空間參考系檢查主要檢查大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)是否符合相關(guān)規(guī)范要求，地圖投影是否正確使用，地圖分幅和內(nèi)圖廓信息是否正確和完整。位置精度檢查涉及實(shí)際地形地物的平面和高程精度，主要包括控制點(diǎn)坐標(biāo)、中誤差、等高距、幾何位移和接邊誤差。屬性精度檢查主要包括分類代碼和屬性正確性檢查。此外還應(yīng)檢查完整性、邏輯一致性等。

3無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用

3.1大比例尺地形圖測(cè)繪大比例尺測(cè)圖按方法可分為航空遙感攝影和人工野外測(cè)圖兩種。野外測(cè)圖是由作業(yè)人員到實(shí)地采用GPS、全站儀等進(jìn)行控制測(cè)量、碎步測(cè)量，最后進(jìn)行內(nèi)業(yè)作業(yè)，該測(cè)量方式具有精度較高、人工成本較高、時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)。航空遙感攝影過(guò)程主要包括航飛-控制測(cè)量-像控-調(diào)繪-成圖等，是大范圍地形圖測(cè)繪的主要方式。但航攝空域申請(qǐng)手續(xù)復(fù)雜、對(duì)機(jī)場(chǎng)及天氣條件要求較高、數(shù)據(jù)獲取成本較高。無(wú)法滿足快速變化地區(qū)的遙感監(jiān)測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，不適于中小面積的數(shù)據(jù)獲取及測(cè)繪任務(wù)。

3.2國(guó)土資源監(jiān)測(cè)國(guó)土資源監(jiān)測(cè)主要是對(duì)國(guó)土資源變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式成本較高、時(shí)間較長(zhǎng)、響應(yīng)較慢，不能實(shí)時(shí)反映國(guó)土資源現(xiàn)狀的變化情況。而無(wú)人機(jī)遙感可以在低空取得光學(xué)影像，與其他方式相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，其能夠應(yīng)對(duì)每年開(kāi)展的全國(guó)土地變更調(diào)查監(jiān)測(cè)與核查項(xiàng)目，也能夠有效降低地籍調(diào)查成本，還能夠?qū)Πl(fā)現(xiàn)的違法用地、非法開(kāi)采等情況進(jìn)行評(píng)估，為土地執(zhí)法檢查提供重要依據(jù)。

3.3應(yīng)急監(jiān)測(cè)貴州省是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重多發(fā)的地區(qū)，大量的地質(zhì)災(zāi)害隱患嚴(yán)重威脅著城鎮(zhèn)、村莊、道路交通等工程設(shè)施。無(wú)人機(jī)結(jié)合工作底圖航拍作業(yè)法具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、影像分辨率高的特點(diǎn)，能夠在高度危險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行作業(yè)，使得無(wú)人機(jī)遙感可以在自然災(zāi)害發(fā)生后能夠迅速反應(yīng)。通過(guò)對(duì)航攝影像快速拼接和處理，可以迅速準(zhǔn)確反映現(xiàn)勢(shì)狀況，對(duì)于及時(shí)制定救援策略，提高救援效率起著極其重要的作用。通過(guò)高分辨率遙感影像和原有數(shù)據(jù)疊加，可以準(zhǔn)確定位受災(zāi)區(qū)域的具體位置及邊界，在ArcGIS軟件中對(duì)房屋損毀數(shù)量、受災(zāi)面積的統(tǒng)計(jì)，再結(jié)合調(diào)查，進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估。

4總結(jié)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的重要組成部分，其具有高分辨率影像和高精度定位數(shù)據(jù)獲取能力。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社