無人機低空數(shù)碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感測圖精度試驗分析

胡曉曦,李永樹,李何超,許懿娜

(1.西南交通大學 地理信息工程中心,四川 成都 610031;2.四川省國土勘測規(guī)劃研究院,四川 成都 610031)

無人機低空數(shù)碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感測圖精度試驗分析

胡曉曦1,李永樹1,李何超2,許懿娜1

(1.西南交通大學 地理信息工程中心,四川 成都 610031;2.四川省國土勘測規(guī)劃研究院,四川 成都 610031)

針對我國現(xiàn)階段航測與遙感技術發(fā)展水平及實際需求情況,結合“五一二”地震災后重建工作進行地理空間數(shù)據(jù)快速采集技術試驗,從多方面對利用無人機低空數(shù)碼航測及高分辨率衛(wèi)星遙感技術測繪大比例尺地形圖進行技術比較和精度分析,并得到一些有實際意義的結論。

輕型無人機;低空數(shù)碼航測;高分辨率衛(wèi)星遙感;比較分析

無人機UAV(Unmanned Aerial Vehicle)在軍事方面的發(fā)展得到廣泛關注,其技術已經較為成熟,并在一些局部戰(zhàn)爭中被成功使用。同時,無人機民用發(fā)展也頗受矚目,主要應用領域有測繪、防災減災、森林防火、國土資源監(jiān)測等。輕型無人機低空數(shù)碼航測具備靈活性強、高分辨率及成本較低等優(yōu)勢,彌補了遙感技術在快速獲取大比例尺地形信息方面的不足,已經在我國大比例尺地形圖測繪、城鎮(zhèn)建設規(guī)劃、災害應急處理及國土資源調查與監(jiān)測等方面進行了應用試驗。本文在數(shù)據(jù)采集試驗的基礎上,對上述兩種方法進行技術比較與精度分析。

1 試驗技術簡介

用航空數(shù)碼相機和輕型無人機分別代替?zhèn)鹘y(tǒng)航空膠片和有人駕駛飛機,發(fā)展為無人機低空數(shù)碼航測技術,能夠更靈活、快速地獲取小范圍區(qū)域的高精度地理空間信息。無人機通常載重10～50 kg,安裝1～4個面陣數(shù)碼相機,可獲取0.05～0.50 m分辨率的光學彩色影像。并且,能夠安裝 GPS和輕小型穩(wěn)定平臺支持空中三角測量,實現(xiàn)稀少地面控制點情況下的高精度及高現(xiàn)勢性測量,在提高工作效率的同時也降低了測圖成本。此外,無人機對場地、天氣及環(huán)境條件的依賴性較低,從而大大增強了測圖工作的靈活性,目前已經成為大比例尺測圖技術的重要發(fā)展方向。

高分辨率衛(wèi)星遙感是以一種非常精細的方式來觀測地面,所獲取的高空間分辨率遙感影像可以更加清楚地表達地物目標的空間結構與表層紋理特征,可分辨出地物內部更為精細的組成,地物邊緣信息也更見清晰,為有效地解譯分析提供了條件和基礎。高分辨率遙感衛(wèi)星影像使遙感衛(wèi)星影像的適用范圍得到了擴展,不僅能應用于中小比例尺地圖的測繪,其高分辨率的特性同樣也適用于大比例尺空間信息的獲取,加之其現(xiàn)勢性強且易更新,已經成為一種有效的空間信息獲取技術。目前,QuickBird衛(wèi)星遙感能夠大范圍動態(tài)監(jiān)測城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村地區(qū)的發(fā)展與變化,從而較迅速地更新地理空間信息。然而,現(xiàn)階段我國還是主要依靠購買方式獲取高分辨率遙感影像,這種基于高分辨率遙感影像獲取地理空間信息的方式,不僅使數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性受到限制,其成本也大大增加。

2 輕型無人機航測及其數(shù)據(jù)處理

無人機低空數(shù)碼航測工作主要分為外業(yè)航攝及內業(yè)制圖兩部分。外業(yè)航攝的主要工作包括航飛拍攝及利用 GPS-RTK野外實測像控點坐標;內業(yè)工作主要包括相片拼接、空中三角測量等,如圖1所示。

圖1 無人機低空數(shù)碼航測獲取地理空間信息實施流程

3 數(shù)據(jù)成果精度分析

“五一二”大地震損毀了許多城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村,為快速獲取地震災區(qū)詳細地理空間信息從而盡快地進行災后重建,尤其考慮到四川盆地多云霧的氣候特點,本次試驗采用無人機低空數(shù)碼航測方法獲取地震災區(qū)的航片及地理空間信息。同時,利用同一地區(qū)2006年的QuickBird高分辨率遙感影像,進行兩種技術方法的成果數(shù)據(jù)精度分析與比較。

由于在野外利用數(shù)字化測圖法測繪的地形圖精度較高,因此,該次試驗以實地高精度測繪的地形數(shù)據(jù)為標準,分別與無人機數(shù)碼航測獲得的點位數(shù)據(jù)以及QuickBird遙感影像獲得的點位數(shù)據(jù)進行比較,求出無人機低空數(shù)碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感技術2種測圖方法的點位中誤差并將其進行比較分析。具體作法是在將無人機與遙感影像獲得的點位數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一地區(qū)野外實地測繪數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)中,從2種影像中各隨機選取若干地面點位坐標(圖2為隨機選取試驗點的分布情況),分別計算這2種方法的點位中誤差,并利用M A TLAB軟件生成點位誤差分布圖。

圖2 試驗點位分布

3.1 無人機低空數(shù)碼航測測圖精度

表1為無人機低空數(shù)碼航測中隨機抽取的20個點位坐標,其點位中誤差為0.086 134 m。

3.2 高分辨率衛(wèi)星遙感影像測圖精度

表2為高分辨率衛(wèi)星遙感影像測圖中隨機抽取的20個點位坐標,其點位中誤差為0.952 211 m。

3.3 點位誤差分布圖

利用MA TLAB軟件編寫程序,將以上兩組數(shù)據(jù)分別輸入即生成了點位誤差分布圖,如圖3所示,X、Y軸分別表示試驗數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)的二維坐標偏移量,落入同心圓中的實驗數(shù)據(jù)點越多則表明其數(shù)據(jù)精度越高。圖3直觀地顯示了無人機航測數(shù)據(jù) 精度及衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)精度。

表1 無人機低空數(shù)碼航測點位精度計算表 m

表2 高分辨率衛(wèi)星遙感點位精度計算表m

4 結 論

無人機低空數(shù)碼航測和高分辨率衛(wèi)星遙感2種技術用于大比例尺測圖工作各有利弊,無人機低空數(shù)碼航測技術的工作效率較高,可以獲得較高精度的大比例尺地形圖,使用、運輸、保管及維護的成本較低,適用面廣泛,靈活性和現(xiàn)勢性都較好,但其覆蓋范圍較小,獲取信息量較少;基于高分辨率衛(wèi)星遙感影像的方法則具有覆蓋范圍廣、測圖周期短、獲取信息量大等優(yōu)勢。另外,對于地形復雜地區(qū)、坡陡路險的困難山區(qū)及多云霧的氣象條件等較差地區(qū)的大比例尺地形圖測繪、災害調查及搶險應急等實際情況,無人機低空數(shù)碼航測技術較高分辨率衛(wèi)星遙感技術具備更強的適應性及靈活性。

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The comparative analysisabout spatial information access technologies based on light UAV low-altitude digital aerophotogrammetry and high-resolution satellite remote sensing

HU Xiao-xi1,L I Yong-shu1,L IHe-chao2,XU Yi-na1
(1.GIS Engineering Center,Southwest Jiao tong University,Chengdu 610031,China;2.Sichuan Research Institute of Territo rial Surveying and Planning,Chengdu 610031,China)

W ith the fast development of aerophotogrammetry and satellite remote sensing in recent years,the use of light UAV low-altitude digital aerophotogrammetry and high-resolution satellite remote sensing ismore and more popular.In view of the situation of technological development at the p resent stage,and combining w ith experiment data,a comparative analysis ismade regarding several aspects and some useful conclusions are draw n.

light UAV;low-altitude digital aerophotogrammetry;high-resolution satellite remote sensing;comparative analysis

P231

A

1006-7949(2010)04-0068-03

2009-10-23

“十一五”國家科技支撐計劃重大資助項目(2006BAJ05A 13)

胡曉曦(1986-),女,碩士研究生.

[責任編輯劉文霞]