基于無人機(jī)測繪的地理信息定位技術(shù)研究

盧何曄 吉加惠

【摘?要】本文分析了一種基于三角測量的無人機(jī)測繪地理信息定位方法。將無人機(jī)采集的影像進(jìn)行拼接、幾何糾正、配準(zhǔn)和融合，建立無人機(jī)測繪的地理信息定位坐標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，利用誤差方程公式計算地理信息定位的地面控制點，將控制點向量坐標(biāo)當(dāng)作帶權(quán)虛擬的觀測值，根據(jù)地理信息控制點進(jìn)行分類，選取清晰的無人機(jī)影像和定位標(biāo)志，計算三角測量的無人機(jī)測繪地理信息定位的平均值和均方差，實現(xiàn)無人機(jī)測繪的地理信息定位技術(shù)。實驗結(jié)果表明，提出方法不僅可以獲得高分辨率的地理信息影像，還可以提高地理信息定位的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)測繪;地理信息;定位技術(shù)

Research on Geographic Information Location Technology Based on UAV Mapping

Lu He-ye，Ji Jia-hui

（Jiangsu Suzhou Geological Engineering Investigation Institute?Suzhou?Jiangsu?215129）

【Abstract】This paper analyzes a method based on triangulation for geographic information mapping of UAV mapping. The images acquired by the drone are spliced， geometrically corrected， registered and fused， and the geographic information positioning coordinates of the UAV mapping are established. On this basis， the ground control point of geographic information location is calculated by the error equation formula， and the vector coordinate of the control point is regarded as the virtual observation value， and the geographic information control points are classified to select clear drone images and positioning marks. Calculate the average and mean square error of the geographic location of the unmanned aerial surveying and mapping of the drone， and realize the geographic information localization technology of the UAV mapping. The experimental results show that the proposed method can not only obtain high-resolution geographic information images， but also improve the accuracy of geographic information positioning.

【Key words】UAV mapping; geographic information; positioning technology

無人機(jī)測繪地理信息定位技術(shù)作為一種新型的技術(shù)得到了廣泛的使用。它可以利用無人機(jī)遙感系統(tǒng)搭建無人機(jī)平臺，并對地理信息進(jìn)行定位。無人機(jī)的起飛方式有直升式和滑翔式等，降落方式有滑降和傘降等。無人機(jī)的動力來源有油能和電能。航線的設(shè)計和導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)測繪的控制核心。無人機(jī)測繪地理信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用在眾多測繪部門，并起到重要作用。作為一種新的地理信息定位技術(shù)，需要結(jié)合實際情況和需求，實現(xiàn)無人機(jī)技術(shù)在地理信息定位中的應(yīng)用。

1. 無人機(jī)測繪的地理信息定位技術(shù)

1.1?無人機(jī)遙感技術(shù)圖像影像拼接。

（1）利用無人機(jī)遙感技術(shù)可以分析影像的分辨率，通過像元的大小和相機(jī)的焦距，計算出比例尺對無人機(jī)飛行的高度要求。無人機(jī)遙感技術(shù)的像幅小，影像數(shù)據(jù)多，是低空遙感技術(shù)。若想得到完整的地理區(qū)域影像，需要對圖像進(jìn)行拼接測繪。無人機(jī)自身較輕，在低空飛行時會受到周圍的氣流影響，導(dǎo)致飛行不穩(wěn)定，故需對無人機(jī)影像進(jìn)行拼接、幾何糾正、配準(zhǔn)和融合。

（2）通過對地理信息的查詢獲得一些無人機(jī)影像，再把所有獲得的無人機(jī)影像拼接起來可以得到區(qū)域的完整影像。無人機(jī)影像拼接是無人機(jī)測繪地理信息定位技術(shù)的研究熱點。地理地形圖和分辨率高的遙感圖可以獲取到標(biāo)準(zhǔn)的無人機(jī)影像。將標(biāo)準(zhǔn)的影像糾正后放到對應(yīng)的地理圖像空間中，選擇無人機(jī)影像和標(biāo)準(zhǔn)的圖像進(jìn)行同名控制，并利用控制點的數(shù)據(jù)對無人機(jī)影像幾何變化數(shù)學(xué)模擬，建立無人機(jī)測繪圖像和地理信息之間的關(guān)系，實現(xiàn)了無人機(jī)測繪影像的幾何糾正，并且賦予了地理信息的定位。對地理信息的查詢采用同一圖像，確保了無人機(jī)測繪地理影像重疊的正確性。

1.2?構(gòu)建無人機(jī)測繪圖像的地理信息坐標(biāo)。

（1）將上述融合后的影像按地理坐標(biāo)的信息進(jìn)行鑲嵌，獲得全景圖。利用GDAL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫（庫中包含像素和地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換函數(shù)），將無人機(jī)測繪影像的地理信息坐標(biāo)進(jìn)行鑲嵌處理，并對其過程進(jìn)行簡化，可以提高圖像的拼接效率。地理影像重疊區(qū)域不經(jīng)過處理，直接將后一幅圖像覆蓋在前一幅圖像上，此時，圖像的邊界會出現(xiàn)錯位現(xiàn)象。圖像錯位的原因是無人機(jī)遙感技術(shù)拍攝時不垂直，或者無人機(jī)鏡頭變形等，導(dǎo)致無人機(jī)拍出的影像像素不均勻無法準(zhǔn)確獲取地理信息的定位。

（2）為了消除視覺上的錯覺，對重疊區(qū)域進(jìn)行處理，將對角線當(dāng)作拼接線，在拼接線兩端選擇一定的寬度進(jìn)行操作，并輸出圖像。

1.3?三角測量的無人機(jī)測繪地理信息定位技術(shù)。

在獲取到地理信息坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用誤差方程公式計算地理信息定位的地面控制點。將控制點向量坐標(biāo)當(dāng)作帶權(quán)虛擬的觀測值，根據(jù)地理信息控制點進(jìn)行分類。選取清晰的無人機(jī)影像和定位標(biāo)志，計算三角測量的無人機(jī)測繪地理信息定位的平均值和均方差。最終實現(xiàn)無人機(jī)測繪的地理信息定位技術(shù)。對地理信息控制點進(jìn)行分類，可以分為高程控制點和平面控制點等。在無人機(jī)測繪實際采集地理信息過程中，選取清晰的無人機(jī)影像和定位標(biāo)志，例如道路交叉口、田地界線、河流等。對無人機(jī)影像處理時，影像與實際地理信息有差異現(xiàn)象，需分析三角測量的無人機(jī)測繪地理信息定位的平均值和均方差。

2. 實驗結(jié)果與分析

（1）實驗采用內(nèi)存為2GB的計算機(jī)，實驗的編程環(huán)境為MicrosoftVisualC++，利用無人機(jī)測繪出一個地面圖像，并對其進(jìn)行局部放大，識別各部分地表之間的關(guān)系，并對每一部分的地理信息進(jìn)行定位，如圖1、圖2所示。

（2）分析圖1和圖2可知，無人機(jī)測繪的地理信息技術(shù)可以采集圖像，并在圖像中提取地理信息。從圖中可以看出各部分地表之間的緊湊關(guān)系，視覺效果較好。利用圖像的觀測點、地理坐標(biāo)等條件對無人機(jī)測繪地理信息定位技術(shù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行對比實驗。在分析無人機(jī)測繪地理信息定位技術(shù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對獲取到地理信息的圖像分辨率進(jìn)行實驗，測試是否能清晰分辨出地理信息的具體位置，測試對比如圖3、圖4所示。

（3）分析圖3、圖4可知，本文方法中1～3號圖的分辨率為60%;4號圖的分辨率為50%;5～7號圖的分辨率為70%;8號圖的分辨率為60%;8幅圖的分辨率在50%～70%。文獻(xiàn)[5]方法中1，3～6號圖的分辨率為30%;2號圖的分辨率為40%;7號圖的分辨率為35%;8號圖的分辨率為40%;8幅圖的分辨率在30%～40%之間。實驗結(jié)果對比得知，提出方法地理信息影像的分辨率較高，可以清晰地獲得地理信息的具體位置。

3. 結(jié)束語

綜上所述，在最近幾年中，無人機(jī)遙感技術(shù)成了十分熱門的技術(shù)被應(yīng)用在測繪工程中，對提高測量工作結(jié)果的準(zhǔn)確性有著重要的作用。本文利用無人機(jī)測繪對地理信息進(jìn)行定位研究，測繪出地面圖像，并對其進(jìn)行局部放大，識別各部分地表之間的關(guān)系。利用圖像的觀測點、地理坐標(biāo)等條件分析無人機(jī)測繪地理信息定位技術(shù)的準(zhǔn)確性。在分析無人機(jī)測繪地理信息定位技術(shù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對獲取到地理信息的圖像分辨率進(jìn)行測試，得出本文方法對地理信息定位的準(zhǔn)確性較高且獲取的圖像分辨率較高。

參考文獻(xiàn)

[1]?張志輝，羅玉鳳.無人機(jī)遙感技術(shù)在測繪工程測量中的應(yīng)用分析[J].科技風(fēng)，2019（08）：115+122.

[2]?周小杰，胡振彪，喬新.無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用[J].城市勘測，2019（01）：63～66.

[3]?關(guān)毅.虛擬測量在無人機(jī)測繪成果中的應(yīng)用[J].中外企業(yè)家，2019（02）：131.

[4]?趙鈞儒，李壘，張明杰.測繪工程測量中無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用研究[J].建材與裝飾，2018（42）：208～209.