無人機(jī)航拍圖在繪制種子園工作步道圖中的應(yīng)用

盧宗軍+梁浩+鄧毅暉++李富洲??

摘要：使用無人機(jī)航拍圖片、MapInfo Professional 7.0及Adobe Photoshop CS 5軟件繪制種子園工作步道圖，可以克服傳統(tǒng)繪制方法受天氣影響、用時(shí)長、工作量大、精準(zhǔn)度不高等許多不足，提高工作效率和成圖準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：航拍圖繪制工作步道圖

中圖分類號(hào)：S72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-3020（2017）02-0086-03

在杉木種子園建設(shè)中，砧木行間工作步道圖的繪制是一項(xiàng)重要而繁雜的工作。通常使用人工勾繪的方法。人工勾繪方法抽象復(fù)雜，工作量大，且由于地形復(fù)雜和人為誤差等因素的影響，導(dǎo)致精度降低。為了克服傳統(tǒng)方法繪制種子園工作步道圖存在的不足，探索更便捷有效的方法，2016年使用無人機(jī)航拍圖片輔助繪圖的方法，為柳州市林科所杉木雙系種子園繪制種子園工作步道圖，取得了較好的效果?，F(xiàn)將具體的方法簡(jiǎn)述如下，供生產(chǎn)參考。

1繪圖原理

使用無人機(jī)高空垂直對(duì)種子園進(jìn)行航拍，將無人機(jī)航拍圖片調(diào)整與實(shí)際地形一致后，以航拍圖片作為底圖來繪制工作步道圖。無人機(jī)拍攝的圖片因?yàn)椤扮R頭畸變”現(xiàn)象，會(huì)存在變形，離中心點(diǎn)越遠(yuǎn)變形量越大[1]。解決的辦法是，首先將種子園按小區(qū)區(qū)劃拍攝區(qū)域，高空拍攝時(shí)以小區(qū)中心為拍攝中心點(diǎn)，使小區(qū)圖像集中在照片中心區(qū)域，減少拍攝區(qū)域變形，避免因?yàn)榕臄z區(qū)域過大，區(qū)域邊沿變形大導(dǎo)致調(diào)整難度增加或無法調(diào)整。然后利用林業(yè)等高線地形圖作為對(duì)照?qǐng)D，對(duì)小區(qū)圖片作變形調(diào)整。以林業(yè)等高線地形圖作為參照，可以保證種子園小區(qū)圖片調(diào)整后與實(shí)際地形是相符的或近似相符的。最后以小區(qū)圖片作為底圖繪制種子園工作步道圖。

2具體方法

2.1獲取航拍圖片

（1）無人機(jī)準(zhǔn)備。航拍用的無人機(jī)要求成像好，攝取的像片要足夠清晰?？蛇x用型號(hào)為Phantom 4的大疆無人機(jī)或其他型號(hào)。

（2）拍攝小區(qū)區(qū)劃。種子園以一個(gè)小區(qū)（06～13 hm2）為一個(gè)拍攝區(qū)域。

（3）實(shí)地航拍。按劃定的小區(qū)逐一拍攝。由于民用無人機(jī)體積和質(zhì)量比較小，風(fēng)速對(duì)其飛行干擾較大，為確保航拍工作順利及成像質(zhì)量，須選擇無風(fēng)或微風(fēng)的晴天進(jìn)行。垂直拍攝時(shí)無人機(jī)要飛至小區(qū)正上方并以小區(qū)中心點(diǎn)為聚焦點(diǎn)，拍攝高度以離地300～350 m最好，這個(gè)高度拍攝的照片，拍攝區(qū)域變形小，也足夠清晰，拍攝時(shí)可以不同高度多拍幾張，方便過后對(duì)比選擇。

2.2繪圖

（1）軟件的準(zhǔn)備。需要用到MapInfo Professional 7.0（以下簡(jiǎn)稱MapInfo）和Adobe Photoshop CS 5（以下簡(jiǎn)稱PS）兩個(gè)軟件。

（2）地形圖矢量化。林業(yè)等高線地形圖一般為柵格格式，放大到一定程度后，等高線就會(huì)變粗成帶狀或鋸齒狀，不能適用于照片調(diào)整，因此須將地形圖矢量化。采用折線工具繪制的方法[2]，用MapInfo打開柵格地形圖，在其上增加一圖層，在此圖層上按原等高線逐點(diǎn)描摹，使之與原柵格地形圖一致。地圖矢量化完成后就將其放大至1∶1000打印成圖，至實(shí)地進(jìn)行修正。

（3）無人機(jī)航拍照片調(diào)整。①從MapInfo導(dǎo)出地形圖圖片。用MapInfo打開矢量地形圖的圖層，打開“圖層控制”，選定矢量地形圖層為可編輯狀態(tài)，用“矩形選擇”工具將所有等高線選擇起來，點(diǎn)擊“線樣式”工具將等高線線條寬度設(shè)置為象素1，設(shè)置完成后比例尺調(diào)為1∶1000，移動(dòng)要修正的小區(qū)到MapInfo窗口中心，選擇“文件”菜單，點(diǎn)選“另存窗口”，將窗口保存為JPG格式圖片。②生成透明背景的地形圖圖片。用PS打開從MapInfo導(dǎo)出的地形圖圖片，選擇“選擇”菜單，點(diǎn)選“色彩范圍”，在彈出的色彩范圍對(duì)話框中，選擇用顏色采樣筆點(diǎn)選圖片中的空白部分取樣，確定色彩選擇，再選擇“選擇”菜單，點(diǎn)選“反向”，完成選擇后拷貝圖片。

新建一個(gè)圖片文件，背景內(nèi)容設(shè)為“透明”，在“編輯”菜單中選擇“粘貼”，粘貼圖片后選擇“圖像”菜單，點(diǎn)選“調(diào)整”菜單項(xiàng)，從二級(jí)菜單中選擇“亮度/對(duì)比度”，在亮度/對(duì)比度對(duì)話框中使用亮度調(diào)節(jié)，將圖像中的等高線調(diào)至淺色。完成后將圖像保存為PNG格式的文件備用。③無人機(jī)航拍照片初步調(diào)整。將無人機(jī)上的照片導(dǎo)出至電腦中進(jìn)行篩選，選擇成像清晰，聚焦準(zhǔn)確的照片，按小區(qū)分開存放。

用PS打開PNG格式的地形圖文件，再在“文件”菜單中點(diǎn)選“置入”項(xiàng)，選擇要調(diào)整的航拍小區(qū)照片，按F7調(diào)出“圖層窗口”，在“圖層窗口”中將地形圖圖層置頂，選擇小區(qū)照片為編輯圖層。選擇“編輯”菜單，點(diǎn)選“自由變換”，通過對(duì)小區(qū)照片的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放的操作使小區(qū)的影像照片與地形圖盡量相符，調(diào)整時(shí)以小區(qū)為主，小區(qū)外部分作地形參照。另外應(yīng)注意的是，在縮放操作時(shí)要按住“Shift”鍵，這樣的縮放操作為等比例縮放操作，保證圖像不變形。

④無人機(jī)航拍照片的變形調(diào)整。經(jīng)過以上調(diào)整后，小區(qū)內(nèi)的圖像與地形圖已大致相符，下面就要進(jìn)行一些變形調(diào)整，使得小區(qū)內(nèi)的圖像與地形圖一致。選擇PS的“編輯”菜單欄，點(diǎn)選“操控變形”，濃度選項(xiàng)選擇“較多點(diǎn)”。先在照片上的小區(qū)邊界打上圖釘，然后通過移動(dòng)圖釘調(diào)整，使照片上的小區(qū)邊界與地形圖上的小區(qū)邊界一致。調(diào)整完邊界后，在小區(qū)內(nèi)的地形特征點(diǎn)也打上圖釘，再次細(xì)微調(diào)整。通過這樣的調(diào)整后，小區(qū)內(nèi)的圖像與地形圖就相一致了，用“矩形選框工具”將小區(qū)圖像選擇出來，重新保存為JPG格式的圖片文件，這個(gè)文件就是調(diào)整好后的小區(qū)圖片。

（4）將小區(qū)圖片轉(zhuǎn)化為柵格地圖。使用MapInfo對(duì)小區(qū)圖片進(jìn)行配準(zhǔn)，將小區(qū)圖片轉(zhuǎn)化為柵格地圖。先用MapInfo打開林業(yè)地形圖，選擇小區(qū)的四個(gè)易識(shí)別的地形特征點(diǎn)作為配準(zhǔn)控制點(diǎn)，選擇地形特征點(diǎn)時(shí)盡量選擇在小區(qū)的四個(gè)對(duì)角并記錄經(jīng)緯度，再打開這個(gè)調(diào)整好后的小區(qū)圖片，此時(shí)會(huì)彈出配準(zhǔn)對(duì)話框，通過查找圖片上與地形圖相對(duì)應(yīng)的控制點(diǎn)并輸入經(jīng)緯度，四個(gè)控制點(diǎn)輸入完成后按確定就完成了配準(zhǔn)。

（5）繪制工作步道圖。小區(qū)圖片轉(zhuǎn)化為柵格地圖后，就可以進(jìn)行人工步道的繪制。在配準(zhǔn)的小區(qū)航拍圖片上新建一個(gè)工作步道圖層，采用折線工具繪制的方法，按圖索驥繪制出工作步道圖。繪圖完成后再到實(shí)地進(jìn)行實(shí)地較正，保證準(zhǔn)確。

3與人工勾繪方法的比較

無人機(jī)航拍圖片輔助繪圖與人工勾繪方法相比較，在操作流程上是有較多不同的，相比之下，采用無人機(jī)航拍圖片輔助繪圖比人工勾繪方法，操作更為簡(jiǎn)單、效率更高，成圖也更準(zhǔn)確。

4結(jié)論

使用無人機(jī)航拍圖片配合使用MapInfo及PS 軟件進(jìn)行種子園砧木行間工作步道圖的繪制，較傳統(tǒng)方法具有很多方面優(yōu)點(diǎn)。

（1）減少工作量，提高工作效率。傳統(tǒng)的人工勾繪方法，實(shí)地勾繪、轉(zhuǎn)繪等都需要大量的人工。采用無人機(jī)航拍圖片輔助繪圖，不再需要人工實(shí)地勾繪和轉(zhuǎn)繪，節(jié)約了人工，提高了效率。

（2）不受天氣影響。傳統(tǒng)的人工勾繪方法需實(shí)地勾繪，遇陰雨天氣工作就無法開展，采用無人機(jī)航拍圖片輔助繪圖，只要獲得航拍圖片后，就可以進(jìn)行內(nèi)業(yè)操作了，克服了天氣的影響。

（3） 操作性更為簡(jiǎn)單，成圖更準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的人工勾繪方法，地形圖擴(kuò)大、實(shí)地勾繪及轉(zhuǎn)繪等工作都需要有一定工作經(jīng)驗(yàn)的人員才可以操作，開展前需要對(duì)人員進(jìn)行較長時(shí)間的培訓(xùn)，而使用無人機(jī)航拍圖片配合使用MapInfo及PS 軟件，只要操作人員有電腦基礎(chǔ)就可以在很短的時(shí)間內(nèi)掌握。且誤差小，成圖更準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

[1]朱錚濤，黎紹發(fā).鏡頭畸變及其校正技術(shù)[J].光學(xué)技術(shù)，2005（1）：136141.

[2] 包胡萍.用MapInfo制作矢量地圖[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（11）：84.

（責(zé)任編輯：夏劍萍）