無人機(jī)遙感影像的獲取及處理研究

摘 ?要：無人機(jī)作為傳統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)獲取手段的有效補(bǔ)充，具有高分辨率、成本低、操作簡單等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。文章主要介紹了無人機(jī)遙感平臺(tái)及其特點(diǎn)，并對無人機(jī)影像的獲取和處理進(jìn)行了探討，同時(shí)舉例說明eBee無人機(jī)在土地利用調(diào)查中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);遙感;影像處理

引言

無人機(jī)駕駛飛機(jī)簡稱無人機(jī)（unmanned Aerial Vehicle）是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。機(jī)上安裝有自動(dòng)駕駛儀、程序控制等設(shè)備，地面遙控站人員通過雷達(dá)等設(shè)備，對無人機(jī)進(jìn)行定位、跟蹤、遙測和數(shù)據(jù)傳輸。無人機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事偵察、礦產(chǎn)勘查、地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口和土地資源的矛盾日益突出，為了提高土地利用效率，全面開展土地利用情況調(diào)查工作，對于國土資源部進(jìn)行有效的土地管理工作至關(guān)重要。目前，我國無人機(jī)進(jìn)行影像獲取正處于起步階段，然而利用無人機(jī)進(jìn)行土地利用調(diào)查，使用方便、成本低、分辨率高，較適合小范圍獲取影像，這對于提高土地管理工作有很大的幫助。

1 無人機(jī)影像的特點(diǎn)

無人機(jī)遙感與傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感、航空航天遙感相比，它有其獨(dú)特的優(yōu)勢：

（1）無人機(jī)操作簡單，非專業(yè)人士均可使用，作業(yè)和維修成本較低。

（2）無人機(jī)的飛行高度和航線均可人為操控，靈活性強(qiáng)。

（3）無人機(jī)飛行受天氣影響較小，飛行高度一般低于1000m，不受空域限制。

（4）無人機(jī)設(shè)備體積較小，易攜帶和運(yùn)輸。

（5）無人機(jī)作業(yè)效率高，可獲取高分辨率影像。

但是，無人機(jī)由于自身體積小，承載能力有限，受風(fēng)力的影響較大。與此同時(shí)，與傳統(tǒng)影像獲取方式相比，無人機(jī)數(shù)據(jù)的獲取和處理有一定的局限性。

2 無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)的獲取

2.1 無人機(jī)遙感系統(tǒng)的組成

無人機(jī)的遙感系統(tǒng)由空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)組成。如圖1所示，其中空中控制系統(tǒng)包括飛機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)，其功能主要是規(guī)劃航線上傳至飛機(jī)上的控制器，操作者可通過GPS接收天線隨時(shí)掌握無人機(jī)的狀態(tài)。地面控制系統(tǒng)包括航跡規(guī)劃子系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，其功能主要是確保無人機(jī)按照規(guī)劃好的航線飛行，監(jiān)視飛機(jī)飛行姿態(tài)以及實(shí)時(shí)接收飛行數(shù)據(jù)。

2.2 無人機(jī)影像的獲取

利用無人機(jī)進(jìn)行遙感影像的獲取具體流程操作如下：

首先，根據(jù)任務(wù)的要求對拍攝地區(qū)進(jìn)行合理的航線規(guī)劃，并由航跡規(guī)劃子系統(tǒng)將規(guī)劃完成的航線數(shù)據(jù)載入到空中控制系統(tǒng)中，空中控制系統(tǒng)將按照預(yù)先載入的航線數(shù)據(jù)進(jìn)行拍攝。同時(shí)，拍攝數(shù)據(jù)將通過無線電傳輸?shù)降孛婵刂葡到y(tǒng)。如果有地區(qū)需要補(bǔ)測或重點(diǎn)拍攝，地面操作人員可隨時(shí)調(diào)整飛行路線。

3 無人機(jī)遙感影像的處理

3.1 影像數(shù)據(jù)的預(yù)先檢查

由于無人機(jī)拍攝時(shí)受云或風(fēng)向等天氣情況的影響，需對每張影像進(jìn)行檢查，如航向重疊度、旁向重疊度、影像突變等，選取正確的影像。

3.2 影像的預(yù)處理

無人機(jī)上搭載的航拍設(shè)備為數(shù)碼相機(jī)，而數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的內(nèi)方位元素和畸變差直接影像成像效果，因此，需要根據(jù)數(shù)碼相機(jī)的型號選擇合理的方法糾正畸變差。此外，需對影像進(jìn)行yun光、yun色處理，保證影像在色度、亮度、灰度、紋理等方面的一致性。

3.3 空三加密

空三加密是處理影像最重要的步驟，也是工序最多的步驟。其主要過程包括：從內(nèi)定向到相對定向，再到絕對定向，最后到自由網(wǎng)平差，由此來提取加密點(diǎn)坐標(biāo)和解算影像的外方位元素。

3.4 DOM制作和精度檢查

空三加密結(jié)束后，結(jié)合其所得的方位數(shù)據(jù)及匹配點(diǎn)，利用影像處理軟件實(shí)現(xiàn)高精度DEM的匹配，最終獲取數(shù)字正射影像DOM，選取一定數(shù)量的同范圍內(nèi)的檢查點(diǎn)，量取檢查點(diǎn)正射影像的坐標(biāo)，并與獲取的平差后的坐標(biāo)比較中誤差，若不滿足要求，則需重新進(jìn)行空三加密。

4 實(shí)例

該項(xiàng)目所使用的是eBee無人機(jī)，搭載的是Cannon Ixus 220HS數(shù)碼相機(jī)，飛行高度約為200m，相機(jī)焦距為24mm，影像像幅為3500×5500像素，飛行從西北-東南，由eBee的eMotion航行規(guī)劃軟件自動(dòng)規(guī)劃航向重疊度為75%，旁向重疊度為80%，飛行面積約為10km2，使用Post Flight Terra 3D后處理軟件可快速獲取具有地理坐標(biāo)的正射影像圖。（圖2）

5 結(jié)束語

無人機(jī)航攝技術(shù)作為一種新型的空間數(shù)據(jù)采集手段，越來越受關(guān)注，對其的研究也不斷創(chuàng)新。根據(jù)無人機(jī)航攝的優(yōu)點(diǎn)，它在土地利用情況調(diào)查工作中具有非常重要的作用，它可以讓我們及時(shí)掌握實(shí)際土地建設(shè)狀況和土地集約利用總體情況，進(jìn)一步提高土地利用效率，提高各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，無人機(jī)航攝的影像像幅小，傾角過大，基線短，重疊度不規(guī)則等問題也有待于進(jìn)一步研究。

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作者簡介：張瑩（1985，9-），女，籍貫：陜西渭南，工作單位：西安科技大學(xué)高新學(xué)院，職稱：助教，職務(wù)：教師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：測繪工程、地理信息系統(tǒng)。