利用無人機進行航測工作的方式方法

張健

[摘 ?要]無人機在測繪中具有非常重要的作用，可以機載遙感設(shè)備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機、輕型光學(xué)相機、紅外掃描儀，激光掃描儀、磁測儀等獲取信息，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。為適應(yīng)城鎮(zhèn)發(fā)展的總體需求，提供綜合地理、資源信息。

[關(guān)鍵詞]無人機 ?航測 ?方式 ?方法

中圖分類號：TB 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0363-01

正確、完整的信息資料是科學(xué)決策的基礎(chǔ)。各地區(qū)、各部門在綜合規(guī)劃、田野考古、國土整治監(jiān)控、農(nóng)田水利建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、廠礦建設(shè)、居民小區(qū)建設(shè)、環(huán)保和生態(tài)建設(shè)等方面，無不需要最新、最完整的地形地物資料，已成為各級政府部門和新建開發(fā)區(qū)急待解決的問題。下面我來簡要敘述一下利用無人機進行航測工作的方式方法。

一、航飛準備工作

航空攝影是一項整體性要求較高的工作，不僅要求有精密的攝影儀器、嚴格的技術(shù)指標(biāo)，為保證航飛工作的順利實施，還必須要有有效的組織管理機制，以保證從項目規(guī)劃、設(shè)計、實施、后期處理的全過程都處于可控狀態(tài)，可以嚴格執(zhí)行國家和行業(yè)有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準。

航飛工作的組織管理是圍繞航測任務(wù)的整個過程開展的，在任務(wù)下達之后，及時確定任務(wù)的責(zé)任人員，建立任務(wù)的項目組。

1、航攝實施前，制定詳細的飛行計劃，且針對可能出現(xiàn)的緊急情況制定應(yīng)急預(yù)案。

2、航攝工作嚴格遵照民航、通航和空域管理部門的相關(guān)規(guī)定。

3、航攝實施前對工作使用的設(shè)備、材料進行認真的檢查，并做好了檢查記錄。

4、派出經(jīng)驗豐富的項目負責(zé)人現(xiàn)場組織安排和指揮生產(chǎn)，嚴格掌握天氣標(biāo)準，經(jīng)常和氣象臺聯(lián)系，不錯過航攝天氣，確保飛行質(zhì)量、攝影質(zhì)量與生產(chǎn)日期。

5、攝影協(xié)調(diào)安排在碧空天氣進行，確保影像清晰、色調(diào)均勻、層次豐富。

二、航飛工作實施

無人機正式作業(yè)前進行了試飛和試攝，通過對試飛和試攝所獲成果分析研究，確認各項系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)正常后，正式開始航攝工作。

1、每次試飛前，需仔細檢查系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常。

2、進入攝區(qū)前，組織飛行員和攝影員進行航線設(shè)計的技術(shù)講評。

3、嚴格按照規(guī)范規(guī)定的太陽高度角要求選擇攝影時間。

4、在航攝飛行時，嚴格按照操作規(guī)范進行。

5、飛行時，最大航高與最小航高之差不大于規(guī)范限制。

6、飛行結(jié)束后，對旁向重疊、范圍保證等元素進行逐一檢查，做出詳細的質(zhì)檢記錄，凡不符合要求的產(chǎn)品，必須進行補攝或重攝。

7、航攝中出現(xiàn)的相對漏洞、絕對漏洞和其他嚴重缺陷均應(yīng)及時補攝，漏洞補攝必須按原設(shè)計航跡進行，補攝航線的兩端應(yīng)超出漏洞之外不少于一條基線。

三、航飛影像處理

1、影像處理準備：

（1）原始數(shù)據(jù)格式為JPG;

（2）相機檢校文件包括：相機像主點坐標(biāo)、相機焦距、像元大小、徑向畸變差系數(shù)（K1、K2）、切向畸變差系數(shù)（P1、P2）、CCD非正方形比例系數(shù)α、CCD非正交性的畸變系數(shù)β、像方坐標(biāo)系等（其單位為像素或毫米）。

（3）控制資料包括：控制點坐標(biāo)文件（包括平面坐標(biāo)與高程坐標(biāo)）或DOM、DEM等。

（4）航線結(jié)合表包括：航線索引圖、飛行方向等。

2、數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理與空三軟件有關(guān)，也與相機有關(guān)，普通相機的相片需進行畸變糾正。一般相片預(yù)處理時需將相片按照航帶分開并按照飛行方向適當(dāng)旋轉(zhuǎn)（相鄰航線的相片旋轉(zhuǎn)角度相差180度），有的空三軟件需將相片格式轉(zhuǎn)換為tif格式才能做后期處理，在轉(zhuǎn)格式和旋轉(zhuǎn)相片時，為了保持相片信息不丟失，最好是PhotoShop軟件來處理，為了提高效率，可以采用PS的批處理命令。如果是用MAP-AT軟件的話，相片可放在一個目錄，格式也不需轉(zhuǎn)換，直接用JPEG格式，但是仍需按照航帶旋轉(zhuǎn)相片，這是為了方便批處理建立空三的工程文件。像控點數(shù)據(jù)按照編號和航帶分好目錄。

3、空三加密處理

空三加密處理是航攝中最重要的步驟，也是最繁瑣的步驟。不同的軟件空三步驟有些許不同，但是大同小異。一般都是先做內(nèi)定向，然后是相對定向，最后做絕對定向，絕對定向是需要控制點數(shù)據(jù)的。所謂加密其實就是平差過程，為了提高加密精度一般在最后都會在絕對定向的基礎(chǔ)上做一次在整體的光束法平差，光束法整體平差不引入中間步驟的參數(shù)，是以精度最高。

4、生成DEM和DOM

做完空三之后就可以生成DEM和DOM了，在相對定向之后可以將部分加密點假設(shè)為已知點，所以相對定向之后就可以做這一步了，如果只是需要沒用坐標(biāo)的正射影像的話，可以在相對定向之后做這一步。生成DEM其實就是軟件自動匹配加密點的過程，增加加密點的密度就可以得到不同分辨率的DEM，但是電腦自動匹配的加密點總會有錯誤的，所以如果要出DEM成果是必須要人工編輯的。生成DEM需要所在影像的高程數(shù)據(jù)，也就是DEM，可以用電腦自動生成的DEM（未編輯的），也可以用已有的DEM數(shù)據(jù)，如等高線數(shù)據(jù)等。但是已有格式DEM可能和軟件所用格式不同，須進行格式。DEM的格式，有點空三軟件是自帶，有的需用ARCGIS，或者ERDAS等軟件來處理。

5、鑲嵌勻色

在上一步中生成的DOM正射影像都是單張相片糾正過來的，為了得到整幅影像需進行鑲嵌處理，鑲嵌的意思就是不同的相片按照坐標(biāo)和紋理進行拼接處理。不同的相片對比度和色調(diào)不一致，所以在拼接前還需進行勻光勻色處理，勻光是統(tǒng)一對比度，勻色是統(tǒng)一色調(diào)。勻光勻色軟件很多，有的是空三軟件自帶的（如DPGrid），有的是單獨的，有的和鑲嵌軟件是一體的。但是所有的鑲嵌勻色軟件處理步驟都大同小異。

勻光勻色有不同的算法，主要是兩種，一種是整體的自適應(yīng)算法，這個算法是根據(jù)所有形象的對比度和色調(diào)信息計算出一個整體統(tǒng)一的對比度和色調(diào)，然后將所以的相片的對比度和色調(diào)改成這個值。這種方法的好處是不需要編輯模板，但是整體效果不是很好，這是因為由于成像條件不同，所以可能相同地物的對比度和色調(diào)本身不一致，用這種算法處理之后在拼接的地方拼接的痕跡很明顯。另外一種算法是預(yù)先按照測區(qū)所在地的不同地物，選擇一張相片（最好是包含所有地物）作為模板，用圖像處理軟件（如PS）將模板相片中相同地物的色調(diào)調(diào)整一致，并將整體效果調(diào)至最好。最后用此模板作為勻光勻色的標(biāo)準來調(diào)整所有相片的色調(diào)和對比度。這種方法的好處是相片勻光勻色效果好，整體效果也不錯，而且拼接痕跡不明顯。一般生產(chǎn)是采用這種方法，但是編輯模板對處理結(jié)果影響較大，如果模板選得不好，整體效果也不好，這個和經(jīng)驗有關(guān)。做完勻光勻色之后就是相片的鑲嵌了，鑲嵌過程中為了紋理一致，需要編輯拼接線，這個對后期成果影像較大。編輯拼接線主要是為了避開房屋，因為房屋的高差大，所以變形也大，一般是無法完全糾正的，所以不同照片中相同房屋的紋理不會完全對應(yīng)，為了得到相同的紋理，同一棟房屋應(yīng)選擇同一照片中的紋理。還有就是可能有些相片在拼接的地方紋理不好，需選擇紋理的較好的相片。總之要得到質(zhì)量好的整幅影像，鑲嵌勻色的工作量也很大?，F(xiàn)在用到的鑲嵌勻色軟件很多：①、ERDAS;②、GeoDogging;③、航天遠景易拼圖;④、DPGrid自帶模塊;⑤、Inpho自帶模塊。

6、成果輸出

最后一步是成果輸出，成果可以分為空三加密成果，DEM成果和DOM成果。空三加密成果就是空三加密的之后得到的每張相片的內(nèi)外方元素以及平差之后的各參數(shù)的誤差分布和中誤差，這些必須達到規(guī)范的要求，后期處理的成果才算是合格的。DEM如果作為成果輸出是需要進行編輯的，但是一般空三軟件只有簡單的或者沒有DEM編輯的功能，需將空三成果轉(zhuǎn)換為DEM編輯軟件識別的格式之后在導(dǎo)入相應(yīng)軟件進行編輯。DEM編輯主要是將高程加密點貼近地面，一般在房屋和有樹木的地方加密點是貼在房屋和樹頂上的。而且由于空三本身誤差的存在，不同相對（一個相對分為左影像和右影像）的匹配點不同，高程也不盡相同。一個模型中周邊的變形是最大的，所以DEM在中間的精度最好。將不同模型的DEM拼接成整幅時一般是選取模型中間的加密點，取平均值得來的。DOM是大部分航攝的最終成果，也是最主要的成果。做完上一步之后得到的就是DOM成果，標(biāo)準成果是需要按照地理坐標(biāo)分幅輸出的，DEM和DOM都一樣。最后如果可能的話，還會需要DLG成果，DLG是在空三成果的基礎(chǔ)上在數(shù)據(jù)采集軟件上進行的。

隨著高新技術(shù)在無人機上的不斷應(yīng)用，無人機的性能會越來越先進，可以預(yù)見，測繪無人機將會在未來的測繪生產(chǎn)中扮演更重要的角色。無人機技術(shù)以其靈活性好、操作簡單等優(yōu)點在現(xiàn)代及未來遙感測繪中發(fā)揮著非常重要的作用，被廣泛應(yīng)用于測繪測量中，特別是在大型災(zāi)害發(fā)生后的重建以及經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著巨大的作用。

參考文獻：

攝影測量與遙感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析 ?尹寶田《建筑工程技術(shù)與設(shè)計》 - 2015

像素級圖像融合方法及應(yīng)用研究 李偉 華南理工大學(xué) - 2006–

無人機遙感發(fā)展與應(yīng)用概況 金偉，葛宏立，杜華強，《遙感信息》 - 2009

–基于多特征的遙感影像分類方法 ?陳秋曉，駱劍承，周成虎，《遙感學(xué)報》 - 2004-