無人機(jī)低空數(shù)碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感測圖精度試驗(yàn)分析

胡曉曦,李永樹,李何超,許懿娜

(1.西南交通大學(xué) 地理信息工程中心,四川 成都 610031;2.四川省國土勘測規(guī)劃研究院,四川 成都 610031)

無人機(jī)低空數(shù)碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感測圖精度試驗(yàn)分析

胡曉曦1,李永樹1,李何超2,許懿娜1

(1.西南交通大學(xué) 地理信息工程中心,四川 成都 610031;2.四川省國土勘測規(guī)劃研究院,四川 成都 610031)

針對(duì)我國現(xiàn)階段航測與遙感技術(shù)發(fā)展水平及實(shí)際需求情況,結(jié)合“五一二”地震災(zāi)后重建工作進(jìn)行地理空間數(shù)據(jù)快速采集技術(shù)試驗(yàn),從多方面對(duì)利用無人機(jī)低空數(shù)碼航測及高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)測繪大比例尺地形圖進(jìn)行技術(shù)比較和精度分析,并得到一些有實(shí)際意義的結(jié)論。

輕型無人機(jī);低空數(shù)碼航測;高分辨率衛(wèi)星遙感;比較分析

無人機(jī)UAV(Unmanned Aerial Vehicle)在軍事方面的發(fā)展得到廣泛關(guān)注,其技術(shù)已經(jīng)較為成熟,并在一些局部戰(zhàn)爭中被成功使用。同時(shí),無人機(jī)民用發(fā)展也頗受矚目,主要應(yīng)用領(lǐng)域有測繪、防災(zāi)減災(zāi)、森林防火、國土資源監(jiān)測等。輕型無人機(jī)低空數(shù)碼航測具備靈活性強(qiáng)、高分辨率及成本較低等優(yōu)勢,彌補(bǔ)了遙感技術(shù)在快速獲取大比例尺地形信息方面的不足,已經(jīng)在我國大比例尺地形圖測繪、城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃、災(zāi)害應(yīng)急處理及國土資源調(diào)查與監(jiān)測等方面進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。本文在數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)上述兩種方法進(jìn)行技術(shù)比較與精度分析。

1 試驗(yàn)技術(shù)簡介

用航空數(shù)碼相機(jī)和輕型無人機(jī)分別代替?zhèn)鹘y(tǒng)航空膠片和有人駕駛飛機(jī),發(fā)展為無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù),能夠更靈活、快速地獲取小范圍區(qū)域的高精度地理空間信息。無人機(jī)通常載重10～50 kg,安裝1～4個(gè)面陣數(shù)碼相機(jī),可獲取0.05～0.50 m分辨率的光學(xué)彩色影像。并且,能夠安裝 GPS和輕小型穩(wěn)定平臺(tái)支持空中三角測量,實(shí)現(xiàn)稀少地面控制點(diǎn)情況下的高精度及高現(xiàn)勢性測量,在提高工作效率的同時(shí)也降低了測圖成本。此外,無人機(jī)對(duì)場地、天氣及環(huán)境條件的依賴性較低,從而大大增強(qiáng)了測圖工作的靈活性,目前已經(jīng)成為大比例尺測圖技術(shù)的重要發(fā)展方向。

高分辨率衛(wèi)星遙感是以一種非常精細(xì)的方式來觀測地面,所獲取的高空間分辨率遙感影像可以更加清楚地表達(dá)地物目標(biāo)的空間結(jié)構(gòu)與表層紋理特征,可分辨出地物內(nèi)部更為精細(xì)的組成,地物邊緣信息也更見清晰,為有效地解譯分析提供了條件和基礎(chǔ)。高分辨率遙感衛(wèi)星影像使遙感衛(wèi)星影像的適用范圍得到了擴(kuò)展,不僅能應(yīng)用于中小比例尺地圖的測繪,其高分辨率的特性同樣也適用于大比例尺空間信息的獲取,加之其現(xiàn)勢性強(qiáng)且易更新,已經(jīng)成為一種有效的空間信息獲取技術(shù)。目前,QuickBird衛(wèi)星遙感能夠大范圍動(dòng)態(tài)監(jiān)測城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村地區(qū)的發(fā)展與變化,從而較迅速地更新地理空間信息。然而,現(xiàn)階段我國還是主要依靠購買方式獲取高分辨率遙感影像,這種基于高分辨率遙感影像獲取地理空間信息的方式,不僅使數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性受到限制,其成本也大大增加。

2 輕型無人機(jī)航測及其數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)低空數(shù)碼航測工作主要分為外業(yè)航攝及內(nèi)業(yè)制圖兩部分。外業(yè)航攝的主要工作包括航飛拍攝及利用 GPS-RTK野外實(shí)測像控點(diǎn)坐標(biāo);內(nèi)業(yè)工作主要包括相片拼接、空中三角測量等,如圖1所示。

圖1 無人機(jī)低空數(shù)碼航測獲取地理空間信息實(shí)施流程

3 數(shù)據(jù)成果精度分析

“五一二”大地震損毀了許多城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村,為快速獲取地震災(zāi)區(qū)詳細(xì)地理空間信息從而盡快地進(jìn)行災(zāi)后重建,尤其考慮到四川盆地多云霧的氣候特點(diǎn),本次試驗(yàn)采用無人機(jī)低空數(shù)碼航測方法獲取地震災(zāi)區(qū)的航片及地理空間信息。同時(shí),利用同一地區(qū)2006年的QuickBird高分辨率遙感影像,進(jìn)行兩種技術(shù)方法的成果數(shù)據(jù)精度分析與比較。

由于在野外利用數(shù)字化測圖法測繪的地形圖精度較高,因此,該次試驗(yàn)以實(shí)地高精度測繪的地形數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn),分別與無人機(jī)數(shù)碼航測獲得的點(diǎn)位數(shù)據(jù)以及QuickBird遙感影像獲得的點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,求出無人機(jī)低空數(shù)碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)2種測圖方法的點(diǎn)位中誤差并將其進(jìn)行比較分析。具體作法是在將無人機(jī)與遙感影像獲得的點(diǎn)位數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一地區(qū)野外實(shí)地測繪數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)中,從2種影像中各隨機(jī)選取若干地面點(diǎn)位坐標(biāo)(圖2為隨機(jī)選取試驗(yàn)點(diǎn)的分布情況),分別計(jì)算這2種方法的點(diǎn)位中誤差,并利用M A TLAB軟件生成點(diǎn)位誤差分布圖。

圖2 試驗(yàn)點(diǎn)位分布

3.1 無人機(jī)低空數(shù)碼航測測圖精度

表1為無人機(jī)低空數(shù)碼航測中隨機(jī)抽取的20個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo),其點(diǎn)位中誤差為0.086 134 m。

3.2 高分辨率衛(wèi)星遙感影像測圖精度

表2為高分辨率衛(wèi)星遙感影像測圖中隨機(jī)抽取的20個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo),其點(diǎn)位中誤差為0.952 211 m。

3.3 點(diǎn)位誤差分布圖

利用MA TLAB軟件編寫程序,將以上兩組數(shù)據(jù)分別輸入即生成了點(diǎn)位誤差分布圖,如圖3所示,X、Y軸分別表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的二維坐標(biāo)偏移量,落入同心圓中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)越多則表明其數(shù)據(jù)精度越高。圖3直觀地顯示了無人機(jī)航測數(shù)據(jù) 精度及衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)精度。

表1 無人機(jī)低空數(shù)碼航測點(diǎn)位精度計(jì)算表 m

表2 高分辨率衛(wèi)星遙感點(diǎn)位精度計(jì)算表m

4 結(jié) 論

無人機(jī)低空數(shù)碼航測和高分辨率衛(wèi)星遙感2種技術(shù)用于大比例尺測圖工作各有利弊,無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)的工作效率較高,可以獲得較高精度的大比例尺地形圖,使用、運(yùn)輸、保管及維護(hù)的成本較低,適用面廣泛,靈活性和現(xiàn)勢性都較好,但其覆蓋范圍較小,獲取信息量較少;基于高分辨率衛(wèi)星遙感影像的方法則具有覆蓋范圍廣、測圖周期短、獲取信息量大等優(yōu)勢。另外,對(duì)于地形復(fù)雜地區(qū)、坡陡路險(xiǎn)的困難山區(qū)及多云霧的氣象條件等較差地區(qū)的大比例尺地形圖測繪、災(zāi)害調(diào)查及搶險(xiǎn)應(yīng)急等實(shí)際情況,無人機(jī)低空數(shù)碼航測技術(shù)較高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)具備更強(qiáng)的適應(yīng)性及靈活性。

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The comparative analysisabout spatial information access technologies based on light UAV low-altitude digital aerophotogrammetry and high-resolution satellite remote sensing

HU Xiao-xi1,L I Yong-shu1,L IHe-chao2,XU Yi-na1
(1.GIS Engineering Center,Southwest Jiao tong University,Chengdu 610031,China;2.Sichuan Research Institute of Territo rial Surveying and Planning,Chengdu 610031,China)

W ith the fast development of aerophotogrammetry and satellite remote sensing in recent years,the use of light UAV low-altitude digital aerophotogrammetry and high-resolution satellite remote sensing ismore and more popular.In view of the situation of technological development at the p resent stage,and combining w ith experiment data,a comparative analysis ismade regarding several aspects and some useful conclusions are draw n.

light UAV;low-altitude digital aerophotogrammetry;high-resolution satellite remote sensing;comparative analysis

P231

A

1006-7949(2010)04-0068-03

2009-10-23

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重大資助項(xiàng)目(2006BAJ05A 13)

胡曉曦(1986-),女,碩士研究生.

[責(zé)任編輯劉文霞]