無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用探究

衣峻

【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。

【Abstract】UAV mapping technology belongs to a kind of high-tech， which is widely used in dynamic monitoring and emergency mapping. This paper makes an in-depth study on the key technologies and applications of UAV mapping processing in order to further improve the application level of UAV mapping in China and expand its application range. To take full use of the advantages of UAV mapping technology to enhance the development of the entire surveying and mapping industry level.

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

【Keywords】UAV mapping； data processing； key technology

【中圖分類(lèi)號(hào)】P2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）11-0158-02

1 引言

無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)與可視化技術(shù)等諸多方面技術(shù)，是現(xiàn)代科技水平進(jìn)步的一種重要體現(xiàn)。無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品不僅具有較高的機(jī)動(dòng)性、靈活性，同時(shí)，相比于傳統(tǒng)的測(cè)繪方式，無(wú)人機(jī)測(cè)繪的效率以及精準(zhǔn)度均明顯提高。而且，無(wú)人機(jī)測(cè)繪的作業(yè)成本比較低，受外界應(yīng)用條件的限制較少，可以大范圍應(yīng)用。目前，無(wú)人機(jī)測(cè)繪已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在測(cè)繪行業(yè)，不僅降低了測(cè)繪數(shù)據(jù)人工處理的工作量，同時(shí)極大提高了測(cè)繪效率以及測(cè)繪精度，是測(cè)繪行業(yè)發(fā)展的重大進(jìn)步。鑒于此，對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行研究，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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(lèi)，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[1]。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。由此可知，無(wú)人機(jī)測(cè)繪數(shù)字產(chǎn)品成果精度的提高，是整個(gè)行業(yè)未來(lái)研究的重要方向之一。

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。相機(jī)校正的常見(jiàn)方法主要包括自檢校法、試驗(yàn)場(chǎng)檢校法以及基于多像滅點(diǎn)的檢校法。

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[2]。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。而DOM的產(chǎn)生過(guò)程，是人工工作量相對(duì)較大的環(huán)節(jié)，故鑲嵌線需要在沿著自然地物的同時(shí)，最大程度上避開(kāi)人工建筑，以保證DOM的接邊精度滿足實(shí)際要求。

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[3]。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endprint

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)[4]。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[5]。此外，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)所拍攝的具有高分辨率的圖像，對(duì)區(qū)域規(guī)劃等工作的開(kāi)展也極為有利。

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，不僅具有較強(qiáng)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?，隨著計(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[5]。

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