無人機在全天候遙感監(jiān)測圖斑核查中的應(yīng)用

周見 盧清國 楊書毅

（1.河南北斗空間科技有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省地圖院，河南 鄭州 450008；3.河南省國土資源調(diào)查規(guī)劃院，河南 鄭州 450003）

1 項目背景

目前，全天候遙感監(jiān)測的技術(shù)手段是利用前后時相的衛(wèi)星遙感影像提取變化圖斑[1]。然而存在的問題是：基于遙感手段的土地利用監(jiān)測主要通過人工目視解譯來實現(xiàn)，對遙感數(shù)據(jù)的分辨率要求較高，但目前可購買到的商業(yè)衛(wèi)星影像的分辨率最高只能達到0.5米左右，這勢必增加人工目視解譯的難度和工作量，精度也得不到保證，因此對于傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感圖像提取的疑似變化圖斑，不能直接判讀是否為真實的變化圖斑[2]，這就需要人工對提取的圖斑逐個進行實地核查，如果遇到人工無法進入的圖斑，就給圖斑核查帶來了困難；另外，有些圖斑在某一區(qū)域內(nèi)呈聚集狀分布，人工核查時需在圖斑之間不停轉(zhuǎn)場，耗費了大量時間。

隨著無人機遙感技術(shù)的日益成熟，其在國土測繪中的應(yīng)用越來越廣[3]。無人機以其獨特的“上帝視角”，能飛抵圖斑上空對其進行拍照，且能應(yīng)對復(fù)雜的地形環(huán)境，降低了人工圖斑核查的復(fù)雜性和困難性。本文選擇南樂縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)的9個圖斑為實驗區(qū)，使用大鵬CW-20無人機進行實驗性無人機圖斑核查。通過規(guī)劃自由航線，CW-20一次飛行能拍攝多個圖斑。用內(nèi)業(yè)處理得到的高分辨率DOM，直接判讀圖斑是否為變化圖斑，避免了在圖斑之間轉(zhuǎn)場，提高了核查效率。

2 技術(shù)流程

用無人機進行圖斑核查的一般流程為：首先進行外業(yè)航空攝影，檢查外業(yè)數(shù)據(jù)成果，若合格則進行內(nèi)業(yè)處理，得到高分辨率的DOM成果，然后利用DOM判讀圖斑是否為變化圖斑。其技術(shù)流程如圖1所示：

3 圖斑核查實施情況

3.1 外業(yè)航攝

實驗區(qū)選擇的是南樂縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)的9個圖斑。外業(yè)作業(yè)使用大鵬CW-20無人機，該無人機翼展3.2 m，飛行質(zhì)量24 kg，任務(wù)載荷2 kg，巡航速度25 m/s，最大飛行速度31 m/s，續(xù)航時間4h，最大抗風(fēng)能力7級。該無人機采用固定翼結(jié)合四旋翼的復(fù)合翼布局形式，以簡單可靠的方式解決了固定翼無人機垂直起降的難題，兼具固定翼無人機航時長、速度高、飛行距離遠的特點和旋翼無人機垂直起降的功能，無需操作人員干預(yù)便可完成巡航、飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換、垂直起降等飛行階段。

航線規(guī)劃為自由航線（如圖2所示），僅僅針對圖斑進行拍照，省去了大部分無用航線和無用像片，減少了數(shù)據(jù)處理量，節(jié)約了核查時間。此次圖斑核查項目共飛行一個架次，航程20 km，時間25分鐘，拍攝像片35張，焦距35 mm，相幅3600萬像素。經(jīng)檢查，像片上地物清晰，色彩飽滿，無重影。

3.2 內(nèi)業(yè)處理

航攝結(jié)束后，需檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量。此次航攝過程中采用的是自由航線，因此數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查相對簡單，主要包括影像的云高、云量、能見度，飛行航跡數(shù)據(jù)，曝光點數(shù)據(jù)，影像位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)等。經(jīng)檢查，沒有明顯問題，即認為航攝影像質(zhì)量合格。

合格后便可對數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理所用的軟件是全自動攝影測量與三維建模軟件Photoscan。此次航攝的范圍不大，像片不多，無需再對像片進行分組處理，只需對POS數(shù)據(jù)格式做一定的修改，讓其順利導(dǎo)入軟件PhotoScan中即可。處理流程為：匹配像片、點云生成與過濾、生成網(wǎng)格、生成紋理、導(dǎo)出DOM。

圖2 大鵬CW-20無人機自由航線規(guī)劃

3.3 圖斑判讀

原始像片經(jīng)過處理后，得到分辨率為0.1m的高清晰DOM，通過DOM和原始衛(wèi)星影像的匹配、對比和分析，即能判讀圖斑是否為變化圖斑。

3.4 圖斑核查結(jié)果與質(zhì)量分析

南樂縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的9個圖斑核查結(jié)果如表1所示。

表1 南樂縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)圖斑無人機核查結(jié)果

以圖斑3和圖斑7為例，討論無人機圖斑核查的質(zhì)量與效果。原始圖斑與無人機航拍影像對比如圖3、圖4所示。

圖3 原始圖斑與無人機航拍影像

圖斑3在衛(wèi)星遙感影像上顯示和周圍有明顯區(qū)別，影像紋理不均勻，比較雜亂，結(jié)合影像的航拍時間、反光強度及多年的衛(wèi)星影像處理經(jīng)驗來看，疑似建筑工地。通過無人機航拍DOM顯示，此圖斑確認為建筑工地。若是人工核查，圍擋的存在會給人工核查帶來很大困難，而無人機則能飛抵圖斑上空進行拍照，像片經(jīng)過處理后，直接判讀此圖斑是變化圖斑。

圖4 原始圖斑與無人機航拍影像

圖斑7在衛(wèi)星遙感影像上顯示較為模糊，紋理不均勻，沒有明顯特征可判別是哪種地物，前期判斷為疑似變化圖斑，無人機航拍影像顯示，此地為河流兩岸，并未有施工跡象，確認此圖斑是偽變化圖斑。

4 結(jié)語

利用無人機進行圖斑核查，能準(zhǔn)確識別真實圖斑，可將疑似變化圖斑確認為變化圖斑，也可以從疑似變化圖斑中甄別出偽變化圖斑，且無人機從高空俯瞰圖斑，更能核查出圖斑的整體狀況。

無人機航高低，成像清晰度可以根據(jù)需要設(shè)置航高；受云層干擾少，航攝周期短，出成果快。利用長航時無人機，通過規(guī)劃自由航線一次飛行就能拍攝大面積范圍內(nèi)的多個圖斑，避免了人工外業(yè)核查時在各個圖斑之間的轉(zhuǎn)場，節(jié)約了時間，提高了核查效率。

[1]潘厚成, 虞繼進.遙感與土地資源動態(tài)監(jiān)測[J].江蘇測繪,2000,23(1):31-32.

[2]郎城.無 人機在區(qū)域土地利用動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用[D].西安:西安科技大學(xué),2011.

[3]陳沖,周 進省,尤艷紅.積云一號無人機航測系統(tǒng)在水利測量中的應(yīng)用[J].資源導(dǎo)刊·信息化測繪,2017(10):40-41.