無人機航拍的發(fā)展趨勢和正射影像的生成研究

余玉平　陳賢明　韓紅芳

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)工程測量測繪領(lǐng)域因新的設(shè)備和新的技術(shù)注入了新的活力，計算機技術(shù)、無線電遙控技術(shù)、GPS高精度定位基礎(chǔ)的有機結(jié)合，無人機也出現(xiàn)在人們的視野中。文章探討了利用無人機航空攝影獲得的航片，通過軟件進行航片拼接、空三加密、正射影像的生成過程和平面精度驗證。

關(guān)鍵詞：無人機；航拍測量；正射影像；工程測量；計算機技術(shù)；無線電遙控技術(shù) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：P231 文章編號：1009-2374（2016）08-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.009

1 概述

航天攝影測量是隨著航天、衛(wèi)星、遙感技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的攝影測量技術(shù)，將攝影機安裝在衛(wèi)星上，從空中對地球地貌、城市景觀、工程建設(shè)等方面進行攝影攝像活動。近年來高分辨率衛(wèi)星影像的成功應(yīng)用，使得它成為國家基本圖測圖、城市、土地規(guī)劃的重要數(shù)據(jù)源。

2 無人機航攝系統(tǒng)

無人機駕駛飛機為空中遙感平臺的微型航空遙感技術(shù)，其特點是：以無人駕駛飛機為空中平臺，以專用照相機、攝像機以及視頻無線傳輸技術(shù)獲取信息，用計算機對圖像信息進行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。與衛(wèi)星遙感影像相比，無人機拍攝影像具有如下優(yōu)勢：（1）時相性好，即現(xiàn)勢性強；（2）分辨率高（通常為0.2m、0.1m）；（3）清晰度好；（4）立體相對且重疊度大；（5）自主性強；（6）可以量測。

3 正射影像

正射影像是具有正射投影性質(zhì)的遙感影像。原始遙感影像因成像時受傳感器內(nèi)部狀態(tài)變化、外部狀態(tài)及地表狀況的影響，均有程度不同的畸變和失真。對遙感影像的幾何處理，不僅提取空間信息，如繪制等高線，也可按正確的幾何關(guān)系對影像灰度進行重新采樣，形成新的正射影像。正射影像制作主要采用專用設(shè)備來進行，如平坦地面中心投影式航空像片，可用光學(xué)機械型糾正儀。

4 數(shù)據(jù)生產(chǎn)

4.1 設(shè)計說明

數(shù)字正射影像圖（DOM）是利用數(shù)字高程模型（DEM）對數(shù)字化航空攝影影像，經(jīng)逐像元進行投影差改正、鑲嵌，按國家基本比例尺地形圖圖幅范圍裁切生成的數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)集。

本次設(shè)計由于成本原因沒有按需求去制定航飛計劃，采用了其他項目飛行過的航片，其分析精度和論證不影響結(jié)果。

影像使用DEM正射的必要性。影像使用DEM正射的必要性如圖1所示（摘錄至豆丁網(wǎng)）：

圖2基本解釋了地形起伏對航片的影像，所以采用DEM對航片正射是非常有必要的。DEM的獲取由于受測繪法規(guī)的限制，對高精度的需求可針對項目情況由測繪部門許可得到大比例尺DEM數(shù)據(jù)，本次實驗采用ASTER GDEM。

4.2 設(shè)計流程

本設(shè)計采用的正射軟件為遙感圖像處理平臺ENVI。

4.2.1 具體操作步驟。

第三，下面根據(jù)RPC和DEM進行正射校正，輸入高程處使用中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心·科學(xué)數(shù)據(jù)中心獲取的DEM資料。

第四，軟件會根據(jù)控制點信息和對應(yīng)地區(qū)的DEM信息計算后輸出成圖，即為正射影像圖。

4.2.2 航片與衛(wèi)片的優(yōu)劣對比。

第一，精細(xì)度。航空像片是低空航空攝影，所以每幅圖片范圍比較小，但分辨率一般較高，影像清晰而且細(xì)致，反映的地物也較豐富，比較容易判讀。

第二，平面精度。由于通過正射和地面控制點的矯正，平面精度和衛(wèi)片已經(jīng)相差無幾，實際與衛(wèi)片誤差控制在2m內(nèi)。

第三，時效性。我們熟知的最常用的商業(yè)衛(wèi)星QuickBird“快鳥”重訪周期在1～6天（0.7m分辨率，取決于緯度高低）。而無人機對需求區(qū)域做拍攝的實際準(zhǔn)備時間在1d左右，所以無人機的時效性還是比衛(wèi)星拍攝有優(yōu)勢，尤其在高緯度地區(qū)衛(wèi)星重訪的實際時間會更慢些。

第四，經(jīng)濟性。由于無人機在法律法規(guī)中還沒有明確定義其適用范圍，現(xiàn)在應(yīng)用較多的還是在軍用方面和普通旋翼機的廣告影視拍攝方面，地理信息采集方面還沒有大規(guī)模的應(yīng)用，所以其成本也相對較高，這一點隨著社會需求的增多和應(yīng)用的普及會慢慢降低成本。

第五，獲取范圍。由于當(dāng)今電池技術(shù)的限制，無人機實際的工作時間一般都在30～60min內(nèi)，所以單航次的飛行面積也是相對狹小的，固定翼無人機在時速80km/h時，一個航次的飛行面積一般不超過20km?。和衛(wèi)片的一個拍攝條帶相比，面積是無法相提并論的。

5 結(jié)語

實踐證明，利用無人機航攝系統(tǒng)進行數(shù)字正射影像的制作，精度能滿足當(dāng)前一般城市數(shù)字影像制作的要求，適應(yīng)國家經(jīng)濟和文化建設(shè)發(fā)展的需要，為中小城市特別是城、鎮(zhèn)、縣、鄉(xiāng)等地區(qū)經(jīng)濟和文化建設(shè)提供了有效的遙感技術(shù)服務(wù)手段。隨著多種機載傳感器、無人機硬件制造技術(shù)的發(fā)展，低空無人機以其機動靈活、現(xiàn)勢性強的特點，必能擁有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）