低空航空攝影測(cè)量中利用多源數(shù)據(jù)識(shí)別隱蔽地物方法研究

龍華 黃軍勝 顏景順 葉達(dá)忠

【摘 要】文章介紹了在低空無(wú)人航空攝影技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪生產(chǎn)過(guò)程中，如何利用多源數(shù)據(jù)提高隱蔽地物識(shí)別率的方法，并證明了該方法的有效性，希望能為從事相關(guān)工作的同行提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】低空航空攝影測(cè)量;RTK;無(wú)人機(jī);隱蔽地物;GNSS;PPK

【中圖分類號(hào)】P237 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）05-0101-02

0 引言

利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)能高效生產(chǎn)滿足測(cè)量規(guī)范精度要求的測(cè)繪產(chǎn)品，但產(chǎn)品在隱蔽地物標(biāo)繪的完整性、準(zhǔn)確率等方面相對(duì)人工全野外數(shù)字化測(cè)圖方式生產(chǎn)的DLG產(chǎn)品還有較大的差距，低空攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)的DLG產(chǎn)品必須完成全面的外業(yè)調(diào)繪工作后，才能達(dá)到工程項(xiàng)目的測(cè)量要求。為了解決航測(cè)技術(shù)生產(chǎn)DLG在隱蔽地物標(biāo)繪方面的不足，降低外業(yè)調(diào)繪工作量，本文開(kāi)展了利用航拍影像、航拍視頻與手機(jī)拍攝等多源數(shù)據(jù)提高隱蔽地物識(shí)別率方法的研究，并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了較好的效果。

1 利用多源數(shù)據(jù)提高隱蔽地物識(shí)別率原理

1.1 隱蔽地物識(shí)別率低的原因分析

在利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)DLG、DOM等測(cè)繪產(chǎn)品的過(guò)程中，不能很好地識(shí)別隱蔽地物的原因有很多，經(jīng)過(guò)研究分析認(rèn)為主要有以下幾個(gè)方面的原因。

（1）無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量航線規(guī)劃作業(yè)過(guò)程中，為了保證航飛作業(yè)安全、作業(yè)效率等，航飛作業(yè)航線高不能設(shè)定過(guò)低。但航拍影像的地面分辨率則隨著航線升高而不斷降低，而地面分辨率越低，對(duì)地物識(shí)別效果就越差。

（2）低空攝影測(cè)量后期數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理基本先采用三維建模軟件建模，然后在三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行DLG產(chǎn)品生產(chǎn);三維建模成果必然會(huì)降低原始航攝影像的地面分辨率。

（3）外業(yè)航飛作業(yè)由于規(guī)劃航線高度、相機(jī)航拍角度、樹(shù)木和房屋遮擋等原因，導(dǎo)致對(duì)隱蔽區(qū)域的航拍影像采集不夠全面、有效資料不夠。

1.2 提高隱蔽地物識(shí)別率的技術(shù)原理

采用低空攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)DLG的過(guò)程中，對(duì)隱蔽區(qū)域的地物不能很好地識(shí)別，直接原因是在三維模型上看不見(jiàn)、看不清與辨不明實(shí)地的隱蔽地物。因此，只要通過(guò)相關(guān)技術(shù)把三維模型的隱蔽區(qū)域與原始航飛影像、航拍視頻、手機(jī)采集影像等數(shù)據(jù)資料建立關(guān)聯(lián)，通過(guò)多數(shù)據(jù)源查證，就能提高隱蔽地物的正確識(shí)別率。

2 技術(shù)路線

2.1 多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)航測(cè)影像與手機(jī)拍攝的相片都記錄有GNSS經(jīng)緯度坐標(biāo)信息。因此，所有的影像資料可以通過(guò)位置信息建立關(guān)聯(lián);而在航拍的視頻過(guò)程如果能同時(shí)開(kāi)啟PPK數(shù)據(jù)記錄，視頻每幀影像對(duì)應(yīng)的精確GNSS時(shí)間數(shù)據(jù)可通過(guò)設(shè)計(jì)軟件算法準(zhǔn)確地計(jì)算出，每一個(gè)PPK記錄點(diǎn)數(shù)據(jù)同樣記錄有精確的GNSS時(shí)間，因此每幀視頻數(shù)據(jù)都可以通過(guò)GNSS時(shí)間線建立關(guān)聯(lián)，最終間接建立視頻每幀影像與實(shí)地對(duì)應(yīng)位置坐標(biāo)的關(guān)聯(lián)（如圖1所示）。

2.2 多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型方案實(shí)施

以廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院某項(xiàng)水利工程航攝資料為例，下面介紹如何實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)調(diào)用的相關(guān)過(guò)程。

2.2.1 多源數(shù)據(jù)格式要求

多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型對(duì)多源數(shù)據(jù)格式的要求主要有以下幾點(diǎn)：①影像圖必須具有經(jīng)緯度坐標(biāo)信息;②航飛視頻資料必須具有同步采集的PPK數(shù)據(jù)。

2.2.2 多源影像資料初始化處理

①通過(guò)軟件提取每張影像圖的經(jīng)緯度信息;②通過(guò)PPK解算軟件解算每個(gè)PPK記錄點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)采集時(shí)的GNSS時(shí)間;③經(jīng)緯度高斯坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換及坐標(biāo)誤差改正，生成南方CASS軟件DAT格式的數(shù)據(jù)。DAT文件中代碼數(shù)據(jù)為每張?jiān)己綌z影像圖在電腦的絕對(duì)文件路徑。

2.2.3 影像資料關(guān)聯(lián)調(diào)用

采用南方CASS繪圖軟件以GNSS控制點(diǎn)形式把每張航攝影像圖展繪到DOM圖上，各個(gè)展點(diǎn)數(shù)據(jù)均含有其原始航攝影像在電腦的絕對(duì)文件路徑信息，然后基于CAD二次開(kāi)發(fā)技術(shù)完成簡(jiǎn)單的軟件工作，就能利用絕對(duì)文件路徑信息實(shí)現(xiàn)原始航攝影像關(guān)聯(lián)調(diào)用、查看。

2.2.4 視頻資料關(guān)聯(lián)調(diào)用

視頻資料關(guān)聯(lián)調(diào)用與航攝影像圖的調(diào)用基本類似，同樣把PPK記錄點(diǎn)展繪在DOM圖上，各PPK點(diǎn)的護(hù)展屬性均記錄有對(duì)應(yīng)視頻路徑和采樣時(shí)間等信息。根據(jù)隱蔽區(qū)域的坐標(biāo)確定對(duì)應(yīng)地點(diǎn)的PPK記錄點(diǎn)，接著軟件就可以根據(jù)PPK點(diǎn)屬性信息計(jì)算出對(duì)應(yīng)的視頻段，再調(diào)用播放器進(jìn)行視頻播放。通過(guò)這種方式進(jìn)行視頻調(diào)用，可以快速找到每處隱蔽區(qū)域的視頻資料，對(duì)隱蔽地物的進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。

2.2.5 通過(guò)關(guān)聯(lián)調(diào)用識(shí)別隱蔽地物效果

圖2左邊某低壓電桿在DOM圖的影像基本是模糊不清的，右邊原始航攝影像中電桿較為清晰。通過(guò)關(guān)聯(lián)調(diào)用，對(duì)兩張圖進(jìn)行比較分析，可以十分準(zhǔn)確地識(shí)別出該地物應(yīng)為低壓電桿。因此，通過(guò)關(guān)聯(lián)影像資料的調(diào)用，能較好地提高隱蔽地及航拍成像質(zhì)量偏差的地物的識(shí)別率，對(duì)減少外業(yè)調(diào)繪工作量有較好的作用。

3 評(píng)價(jià)及改進(jìn)方向

通過(guò)本次測(cè)繪工程項(xiàng)目的實(shí)踐，證明了利用多源數(shù)據(jù)提高隱蔽地物識(shí)別方法的有效性，但要更有效地使用該方法，則必須對(duì)外業(yè)航飛計(jì)劃做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，增加多視角、多航高的航攝影像及視頻資料的采集量。但該方法當(dāng)前只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到面的定位，只能定位到對(duì)應(yīng)某張?jiān)加跋駡D或視頻段，隱蔽地物在原始影像的點(diǎn)位還需人工進(jìn)行確認(rèn)。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的自動(dòng)關(guān)聯(lián)定位是后續(xù)的研究方向。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]CH/Z 3003—2010，低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[2]CH/Z 3005—2010，低空數(shù)字航空攝影規(guī)范[S].

[3]何桂英.基于低空航空攝影測(cè)量的城市變化檢測(cè)技術(shù)研究[J].科技資訊，2010（20）：9.