無人機遙感技術(shù)在地形測繪中的運用

王維

摘 要： 隨著目前工程建設(shè)、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域廣泛采用高精度地形圖，地形測繪技術(shù)開始迅猛發(fā)展，衛(wèi)星遙感和載人飛機遙感技術(shù)逐步應(yīng)用于地形測繪領(lǐng)域，但這些技術(shù)由于是在高空取得遙感圖像，容易受大氣層、雨霧的干擾，造成圖像清晰度不高等缺點。為解決這一問題，急需一種新技術(shù)作為補充和完善。無人機遙感技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來的一項測繪新技術(shù)，它采用低空遙感拍攝圖像的辦法獲得地形圖像資料，具有操作靈活、使用成本低、測繪精度高的特點，可以解決衛(wèi)星遙感技術(shù)存在的不足。為此本文擬采用無人機遙感技術(shù)應(yīng)用于地形測繪領(lǐng)域，研究無人機遙感技術(shù)的工作原理，進行無人機遙感地形測繪實驗，探索該項技術(shù)能否實成高精度的地形測繪工作。

關(guān)鍵詞： 無人機遙感;地形測繪;數(shù)據(jù)處理

【中圖分類號】P237 【文獻標(biāo)識碼】B 【文章編號】1674-3733（2020）20-0058-01

1 無人機遙感系統(tǒng)

無人機遙感系統(tǒng)是由無人機飛行技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、GPS 差分定位技術(shù)和通訊技術(shù)組成，能夠快速、準(zhǔn)確地得到地面影像資料、地面資源分布、空間環(huán)境等信息。

2 無人機遙感系統(tǒng)地形測繪實驗

2.1 測繪數(shù)據(jù)獲取

在實際地形選擇上，本文選擇廣西北部山區(qū)，山區(qū)高程為300-500米，地形情況比較復(fù)雜，有丘陵、有高山，同時植被茂盛道路崎嶇不利于人工布線測繪。由于云層較厚，這種地形也不利于采用衛(wèi)星遙感技術(shù)進行地形測繪。為此，本文選取無人機遙感系統(tǒng)能夠進行低空地形拍攝的特點，采用無人機進行地形測繪。無人機相機型號為佳能EOS 5D MARK，這種相機像素比較高，適合進行山區(qū)的遙感測繪。在選定地形之后，通過第二章節(jié)介紹的無人機遙感數(shù)據(jù)獲取流程，發(fā)射無人機對測繪區(qū)域進行攝像，得到遙感數(shù)據(jù)。

2.2 遙感數(shù)據(jù)的處理

去云霧、勻色和畸變處理屬于數(shù)據(jù)的前期處理，目的減少數(shù)據(jù)的干擾，為后面的主要數(shù)據(jù)處理過程做準(zhǔn)備。后期的數(shù)據(jù)處理過程在第三間節(jié)已經(jīng)有所介紹，主要是進行空三加密，自動提取DEM，由DEM得到正射影像，期間要加入圖像拼接和幾何校正處理。在空三處理過程中，需要加入野外控制點，由于山區(qū)地形基本沒有道路，所以在選取少量控制點。本次試驗選擇了4個控制點，連接4個控制點得到3條連線，計算出線段的距離，根據(jù)點的坐標(biāo)得出點之間的實際距離。將實際距離與線段長度作除法得到圖形的縮放比例。選取一個點作為基點，根據(jù)計算出的縮放比例放大影像，將其他點移到正確的坐標(biāo)。

第一步進行空三數(shù)據(jù)處理，主要工作進行自由網(wǎng)平差和區(qū)域網(wǎng)平差。首先做自由網(wǎng)平差，將在空中三角測量中錯誤或不好的連接點進行刪除，目的是為了確保影像之間良好的位置關(guān)系，提高區(qū)域網(wǎng)平差精度。之后的工作是對控制點進行刺點工作，做區(qū)域網(wǎng)平差。完成這兩項工作之后可以生成后期制作 DEM、DOM 所需的數(shù)據(jù)。

下一步是提取DEM，初始數(shù)據(jù)是空三角測算數(shù)據(jù)和遙感影像，采用多級金字塔影像生成辦法，得到特征點、特征線和格網(wǎng)點三種單元，將這三種單元按金字塔結(jié)構(gòu)，從低層開始，由粗到細、由低到高順序生成低層影像匹配，然后以低層影像匹配的初值進行調(diào)整生成上一層影像匹配。按照這種方式可以逐步完成所有影像匹配，再對匹配后的影像進行粗差消除，并進行內(nèi)插處理，得到最終的DEM數(shù)據(jù)。

對于得到DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)編輯之后，就可以用于制作正射影像數(shù)據(jù)DOM。對于DEM數(shù)據(jù)選取像素中心為起點，進行正射糾正，得到初步的正射影像數(shù)據(jù)，由于得到的正射影像存在模糊、重影等情況，還需要根據(jù)原始遙感圖像進行對照，進行鑲嵌勻色處理，打開ERDAS IMAGINE影像處理軟件，選擇一種勻色方式對部分質(zhì)量較差的影像進行勻色處理，提高影像質(zhì)量。

在得到DOM影像之后，按規(guī)范要求，要對生成的DOM 進行質(zhì)量評定，評定內(nèi)容包括檢查影像質(zhì)量以及測算數(shù)學(xué)精度。檢查影像質(zhì)量采用目視方法，通過觀察圖像畫面是否清晰，有無存在毛邊等不自然現(xiàn)象，色彩過渡是否貼近實際、圖像拼接處是否符合要求。測算數(shù)字精度則根據(jù)檢查點坐標(biāo)誤差得到結(jié)果。首先在數(shù)字線劃圖中選擇合適的檢查點，檢查點應(yīng)當(dāng)均勻分布，特征明顯在圖中容易辨別，將檢查點坐標(biāo)與正射影像中相同位置的點的坐標(biāo)進行對比，計算之間的差值，得到數(shù)字精度。根據(jù)以下誤差公式對坐標(biāo)對比結(jié)果進行測算。

Mx=∑（x-Xi）2n-1

得到正射影像數(shù)據(jù)之后，就可以進行大比例地形圖的制作，對于正射影像中一些被

茂密植物，由掃描儀數(shù)據(jù)和遙感圖像數(shù)據(jù)可以估算出植物的高度，從而等高線進行調(diào)整，得到最終的地形圖。

2.3 制作三維立體地形圖

在得到平面地形圖之后，為進一步直觀得到地形效果，可以在此基礎(chǔ)上制作三維立體地形圖，制作三維立體地形圖，除了需要前期得到的正射影像數(shù)據(jù)外，還需要確定地形形狀和高度，進行地物的精細建模。

由于得到無人機遙感圖像分辨率很高，可以從圖像中看出地物的輪廓。對于那些小的物體如田地、道路，可以將其矢量化來確定物體幾何形狀。下一步計算出高大物體如房屋的高度，采用的方法可以使用儀器進行測算，在一些高度數(shù)據(jù)要求不高的情況，可以對照太陽角度以及物體陰影長度進行計算，這種方法雖然精度不高但操作簡單，可以節(jié)省大量時間。

在確定地物的形狀和高度后，就可以進行地物建模，建模地物主要分為三類，分為點狀、線狀地物、面狀地物。點狀地物有樹、電線桿、路標(biāo)等。這類地物建模難度不高，可以根據(jù)形狀粗略建模，也可以使用系統(tǒng)自帶模型。面狀和線狀地物主要有房屋、公路、山區(qū)小路等，這類物體物建精度要求更高，在建模時需要準(zhǔn)確確定物體的長、寬、高。為了保持三維地形的真實度，對這類地物心理多使用貼圖，貼圖相片一般選用高清攝像頭拍攝的照片，通過相片處理軟件提取出地物形狀，再通過三維建模軟件，將其立體化。通過這種方式能夠得到山區(qū)地形三維立體地形圖。

3 結(jié)論

無人機遙感系統(tǒng)作為一項新的測繪技術(shù)，雖然存在技術(shù)不夠成熟，在應(yīng)用上處于探索階段，但由于其具有操作靈活、測繪成本低、能夠低空拍攝影像等優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景。本文主要從無人機遙感技術(shù)的研究現(xiàn)狀、主要技術(shù)原理以及具體的無人機遙感地形測繪試驗三個方面進行研究，查找無人機遙感技術(shù)在具體使用過程中所需要解決的重難點問題，驗證將其應(yīng)用于地形測繪領(lǐng)域的可行性，并對其應(yīng)用效果進行研究。

參考文獻

[1] 阮曉光，殷耀國.TLS地形測繪技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].測繪與空間地理信息，2016，39（04）：113-117.