無人機遙感技術(shù)在城市測繪成果更新中的應(yīng)用研究

■張明昭紀(jì)海濤

（1錦州市土地征用整理事務(wù)處 遼寧 錦州121013；2遼寧省基礎(chǔ)測繪院 遼寧 錦州121013）

無人機遙感技術(shù)在城市測繪成果更新中的應(yīng)用研究

■張明昭1紀(jì)海濤2

（1錦州市土地征用整理事務(wù)處 遼寧 錦州121013；2遼寧省基礎(chǔ)測繪院 遼寧 錦州121013）

“天地圖”系統(tǒng)中的城市測繪成果一般采用航拍方式完成。但是，對于小范圍的高清城市測繪數(shù)據(jù)更新過程來說，航拍成本無疑是太高了。無人機遙感技術(shù)恰恰能夠滿足城市測繪成果小范圍更新所要求的實時性基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)更新需求，能夠滿足1：500高精度測繪的需求，能夠滿足城市測繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新低成本和高可用性的需求。

無人遙感城市測繪成果天地圖智慧城市

0 引言

“天地圖”系統(tǒng)作為國家地理公共服務(wù)平臺，已經(jīng)在全國30多個省、自治區(qū)和直轄市中的上百座城市相繼建成?？梢院敛豢鋸埖刂v，隨著國家地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市地形、地貌每天都在發(fā)生著變化，這就要求“天地圖”系統(tǒng)中的城市測繪成果必須不斷地保持定期數(shù)據(jù)更新。如果城市測繪成果數(shù)據(jù)更新不及時機會導(dǎo)致系統(tǒng)的實用性大打折扣。

1 無人機遙感技術(shù)在天地圖系統(tǒng)中的應(yīng)用

無人機遙感技術(shù)作為高清測繪的一個新的技術(shù)手段已經(jīng)被各國專家和工程技術(shù)人員所接受，并被廣泛應(yīng)用于測繪行業(yè)。在城市測繪成果更新過程中，無人機遙感技術(shù)以其成本低、氣象條件要求少、實時性等特色占據(jù)了“天地圖”系統(tǒng)1：500高精度測繪數(shù)據(jù)更新技術(shù)手段的重要位置。

在測繪方法創(chuàng)新方面，無人機遙感技術(shù)能夠彌補傳統(tǒng)地圖測繪方法在小范圍測繪過程中獲得的數(shù)據(jù)清晰度不高、比例尺難以滿足實際需求、低現(xiàn)勢性等問題，能夠很好地實現(xiàn)對于線性地理信息測繪對象的拍攝。

該技術(shù)在工程應(yīng)用中的優(yōu)勢包括：與航拍方式相比，無人機能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝場地的靈活選取，能夠在幾乎任何場地實現(xiàn)升降操作，能夠在空中懸停并智能化地從多個角度拍攝關(guān)注度較高的任意地上物。

2 無人機遙感技術(shù)獲取的更新數(shù)據(jù)的圖像拼接

無人機遙感技術(shù)獲取的更新數(shù)據(jù)的圖像拼接重點包括四個方面：首先，完成城市測繪成果更新圖像信息采集工作；其次，完成城市測繪成果更新圖像幾何校正工作；再次，完成城市測繪成果更新圖像預(yù)處理工作；最后，完成城市測繪成果更新圖像融合工作。

2.1 城市測繪成果更新圖像信息采集中的問題

無人機遙感技術(shù)的弊端在于航拍過程所獲得的圖像信息都有一定的幾何形變。這種幾何形變產(chǎn)生的原因有很多，例如無線遙感拍攝過程中飛行高度誤差、拍攝攝像頭位置偏移、拍攝視角不一致、大氣氣流的影響等等。這些因素導(dǎo)致地理信息采集對象反映的數(shù)據(jù)與真實的形狀和位置有一定的偏差。這就需要采用圖像拼接的技術(shù)手段來彌補這部分的不足。

2.2 城市測繪成果更新圖像幾何校正

城市測繪成果更新圖像的幾何校正的目的在于將采集到的產(chǎn)生幾何形變的原始數(shù)據(jù)通過一定的轉(zhuǎn)化方式，變?yōu)榉夏撤N地圖投影或圖形表達要求的新圖像。這個過程可以簡單地描述為：一是設(shè)計能夠滿足幾何投影和坐標(biāo)落圖要求的數(shù)學(xué)模型；二是根據(jù)現(xiàn)有的相鄰圖幅信息（例如，相對坐標(biāo)位置）建立新的模型參數(shù)；三是根據(jù)圖像空間變換坐標(biāo)大致確定圖像所在區(qū)域，找到合適的圖像變換函數(shù)和矯正函數(shù)；四是利用灰度插入值實現(xiàn)逐點逆變換。

2.3 城市測繪成果更新圖像預(yù)處理

城市測繪成果更新圖像預(yù)處理的主要技術(shù)手段包括：灰度校正、圖像平滑和圖像銳化、噪聲過濾等方式和方法。通過以上復(fù)雜的方法就是為了完成這個過程的核心步驟：圖像匹配。利用相關(guān)算法實現(xiàn)相似圖像之間的致點的選取。

城市測繪成果更新圖像預(yù)處理常采用的方法包括：相位相關(guān)法、基于邊緣的匹配法和基于圖像區(qū)域的匹配法。面對小范圍的重合度較高的圖像預(yù)處理采用相位相關(guān)法就比較實用。該方法采用的是改進的傅立葉變換算法，通過變換算法將圖像置于相同的相對坐標(biāo)系之下，并通過旋轉(zhuǎn)矢量方式計算不同圖幅之間的相對平移量?；谶吘壠ヅ涞姆绞揭话氵m合于能夠提取到邊緣算法的圖像?；趫D像區(qū)域的匹配要求必須滿足能夠獲取到區(qū)域面積、區(qū)域邊緣、區(qū)域特征值等關(guān)鍵信息的待處理的圖像。

2.4 城市測繪成果更新圖像融合

城市測繪成果更新圖像融合不僅僅是要找出科學(xué)的圖像縫合位置，而是要從改變圖像信息入手，依據(jù)兩圖像本身的內(nèi)容信息，經(jīng)過圖像融合的操作而產(chǎn)生新的圖像內(nèi)容。此圖像內(nèi)容將具有兩相鄰圖像在過渡區(qū)重疊部分的圖像特征，卻能讓兩相鄰圖像看起來是自然地接合成一張拼接圖像。所以圖像混合的操作，要將相鄰圖像在縫合線附近提高圖像轉(zhuǎn)變的平滑程度，并且還要在過渡區(qū)中同時保留兩張像在重疊部分的圖像特征。

3 無人機遙感技術(shù)在城市測繪成果更新應(yīng)用前景

使用無人機遙感技術(shù)進行“天地圖”系統(tǒng)城市測繪成果地圖更新工作具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然更新成果的原始數(shù)據(jù)是一組微小型無人機拍到的地面照片，且存在一定的幾何畸變，但是相機鏡頭畸變幾何模型和所拍攝照片對應(yīng)的無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)，可以通過建立畸變校正方程，對照片進行幾何校正和處理。處理的結(jié)果完全可以滿足對地面的小面積城市測繪成果更新的應(yīng)用和研究工作。

4 結(jié)語

“天地圖”系統(tǒng)作為智慧城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)提供平臺，能否完善城市測繪成果的更新速度決定了智慧城市對社會服務(wù)的質(zhì)量的高低。對于小范圍的高清城市測繪數(shù)據(jù)更新過程來說，無人機遙感技術(shù)的優(yōu)勢在于：一是滿足了城市測繪成果小范圍更新所要求的實時性基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)更新需求；二是滿足了城市測繪成果數(shù)據(jù)更新對于1：500高精度測繪的需求；三是滿足城市測繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新低成本和高可用性的需求。無人機遙感技術(shù)獲取的城市測繪成果更新數(shù)據(jù)的核心工作在于圖像拼接。拼接工作一般包括如下四部分內(nèi)容：城市測繪成果更新圖像信息采集、城市測繪成果更新圖像幾何校正、城市測繪成果更新圖像預(yù)處理以及城市測繪成果更新圖像融合。

[1]郭娟.一體化測繪技術(shù)在城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新中的應(yīng)用 [J].科技展望,2016,21: 162.

[2]劉湘媛,岳小松.地籍測繪成果在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新中的應(yīng)用 [J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,2015,02:194-195.

[3]李彬彬.一體化測繪技術(shù)在城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新中的應(yīng)用 [J].科技展望, 2015,10:144.

[4]張京川.北京市測繪設(shè)計研究院“特大城市地理信息數(shù)據(jù)管理與服務(wù)體系建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目通過成果鑒定 [J].城市勘測,2014,03:106.

[5]馬翠蘭.房產(chǎn)測繪成果在數(shù)字化城市建設(shè)中的應(yīng)用 [J].山西建筑,2013,27:195-196.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-235-1

張明昭(1982～)，男，滿族，測繪工程師，碩士研究生，研究方向為測繪與地籍管理。紀(jì)海濤(1977～)，男，測繪工程師，本科，研究方向為地籍測繪。