無人機(jī)航攝系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與處理技術(shù)初探

【摘要】現(xiàn)如今無人機(jī)航攝測量已經(jīng)成為一種新型的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，因為其數(shù)據(jù)采集相對快捷、成果精度相對較高，是一種非常重要的測量手段。無人機(jī)航攝測量與傳統(tǒng)的測量手段相比，有著成本低、獲取數(shù)據(jù)速度快、轉(zhuǎn)場容易以及攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。下面本文將對無人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹，與此同時對其數(shù)據(jù)的獲取以及處理技術(shù)進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)航攝系統(tǒng)；數(shù)據(jù)；獲取；處理

1引言

傳統(tǒng)航攝技術(shù)經(jīng)過多年的革新與發(fā)展已經(jīng)相對成熟，但其由于靈活度不足、成本相對較高難以很好地完成。無人機(jī)航攝測量系統(tǒng)作為一種新型的測量技術(shù)，快速高效、靈活機(jī)動、成本低以及精細(xì)準(zhǔn)確，在飛行比較困難的地區(qū)以及較小的地區(qū)進(jìn)行高分辨率影像的快讀獲取具有很大的優(yōu)勢。然而由于無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性不好、飛行環(huán)境相對復(fù)雜以及遙感設(shè)備采用的是非量測數(shù)碼相機(jī)，因此存在旋偏角、非量測行以及畸變差相對較大的問題，在進(jìn)行無人機(jī)航攝系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理時存在很多困難。本人有幸參加我院2011年度研發(fā)基金批準(zhǔn)設(shè)立《無人機(jī)航攝技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用研究》（編號：201103）科研項目，并在當(dāng)中從事了無人機(jī)空三加密和數(shù)據(jù)處理的相關(guān)工作。

2無人機(jī)航攝系統(tǒng)簡介

飛行平臺為無人機(jī)，任務(wù)設(shè)備為影像傳感器的航空遙感影像獲取系統(tǒng)稱為無人機(jī)航攝系統(tǒng)。其主要包括飛行平臺、飛控系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備、地面監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及地面保障設(shè)備幾個方面[2]。其中飛控系統(tǒng)即飛機(jī)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、飛控板、氣壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、空速傳感器以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等部件組成；發(fā)射與回收系統(tǒng)由無人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)以及回收系統(tǒng)兩部分組成；RC接收機(jī)、無線電遙控器、地面供電系統(tǒng)、監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)和監(jiān)控軟件構(gòu)成地面監(jiān)控系統(tǒng)；由軟硬件組成的數(shù)碼相機(jī)控制系統(tǒng)指的是控制和管理數(shù)碼相機(jī)的制備；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要由兩部分組成即地面和空中，地面部分主要由天線數(shù)傳接口以及數(shù)傳電臺等構(gòu)成，天線、數(shù)傳電臺以及數(shù)傳接口等組成空中的部分。

3數(shù)據(jù)獲取與處理技術(shù)要點(diǎn)

3.1數(shù)據(jù)獲取

在利用無人機(jī)進(jìn)行航攝之前要先進(jìn)行測區(qū)的選擇，進(jìn)行選擇時要綜合地形地物以及海拔等因素考慮。之后要進(jìn)行航拍范圍的確定，根據(jù)相應(yīng)比例尺的飛空底圖對適宜的起飛降落場地進(jìn)行確定。無人機(jī)航攝工作組進(jìn)入作業(yè)區(qū)后，要與當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)的政府部門以及主管測繪部門進(jìn)行聯(lián)系，進(jìn)行備案和相關(guān)情況的報備工作，根據(jù)作業(yè)區(qū)的實(shí)際情況確定飛降場地，要注意的是起飛和降落的場地要符合沒有無線電設(shè)備、整體沒有突出的障礙物、沒有高大的樹木以及沒有空中管線等的要求，而且為了保證能夠安全監(jiān)控，十千米是起飛場地與攝影區(qū)的最大間隔距離[3]。在進(jìn)行航攝任務(wù)時，從任務(wù)要求出發(fā)，對如何實(shí)現(xiàn)其技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)完全覆蓋的規(guī)劃是非常重要的，目前已經(jīng)存在成熟的航攝規(guī)范可進(jìn)行參考。

3.2數(shù)據(jù)處理及要點(diǎn)

3.2.1數(shù)據(jù)處理流程

3.2.2數(shù)據(jù)處理

第一，數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)備工作。其主要包括對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行雙拼處理、將POS數(shù)據(jù)以及影像數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并存檔、分析影響的整體情況和判斷飛行質(zhì)量等。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)備工作可以對后期數(shù)據(jù)處理的進(jìn)行可能性作出判斷，并由數(shù)據(jù)處理人員對補(bǔ)飛的數(shù)據(jù)與否進(jìn)行決定。

第二，進(jìn)行空三加密工作。空中三角測量采用廣州遙感信息科技有限公司研發(fā)的現(xiàn)代航測全自動空三及無人機(jī)影像處理系統(tǒng)（Cloud-AT），通過該軟件進(jìn)行控制點(diǎn)加密解算，獲取高精度的像對定向點(diǎn)；空三包括雙拼虛擬影像區(qū)域網(wǎng)平差和單像機(jī)影像區(qū)域網(wǎng)平差，平差方法采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差。

Cloud-AT軟件在處理方法上采用了不同與傳統(tǒng)的空中三角測量方法，其主要特點(diǎn)是：利用POS 或GPS 等飛行數(shù)據(jù)自動建立航帶內(nèi)和航帶間模型間的拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)便于全自動定向處理；快速、高精度的影像匹配算法大大降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。采用光束法區(qū)域網(wǎng)方法進(jìn)行平差解算，對野外測定的平高像控點(diǎn)進(jìn)行加密和檢核，從而為數(shù)據(jù)采集提供高質(zhì)量的定向點(diǎn)。

第三，生產(chǎn)4D產(chǎn)品。Cloud-AT可以進(jìn)行DEM制作：DEM制作采用Cloud-AT中的DEM制作模塊進(jìn)行DEM生產(chǎn)。DEM數(shù)據(jù)的制作采用在DLG數(shù)據(jù)中提取地表面數(shù)據(jù)與外業(yè)實(shí)測高程點(diǎn)合成，在保證DEM精度的同時，將該步驟工作量減小到最少。

數(shù)字高程模型生成以后，主要通過數(shù)字微分糾正的方法生成數(shù)字正射影像（DOM），之后再通過正射影像的鑲嵌完成一幅正射影像的制作。Cloud-AT可利用空中三角測量生成高密度的匹配連接點(diǎn)點(diǎn)云，進(jìn)行像片微分糾正，可快速進(jìn)行DOM的生產(chǎn)。

由于無人機(jī)的飛行狀態(tài)是不穩(wěn)定的，在飛行的過程中的旋偏角相對較大，對核線在絕對定向之后進(jìn)行采集時，要采集水平核線后再進(jìn)行IGS測圖，完成傳統(tǒng)的編輯工作與立體測圖工作。

3.2.3數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)

第一，因為無人機(jī)在大多數(shù)情況下飛行的高度比較低、像幅相對較小，數(shù)據(jù)量比較大，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，推薦多機(jī)多核或者單機(jī)多核工作站的使用，實(shí)現(xiàn)利用軟件對計算機(jī)多核并行的充分利用以及數(shù)據(jù)處理效率的提高。

第二，因為無人機(jī)在進(jìn)行實(shí)際飛行時情況比較復(fù)雜，通常不能直接利用準(zhǔn)確的POS數(shù)據(jù)，此時可以根據(jù)航線飛行信息對一套POS數(shù)據(jù)進(jìn)行假定，實(shí)現(xiàn)相片之間相對關(guān)系的確定。

4總結(jié)

無人機(jī)航攝技術(shù)經(jīng)過最近幾十年發(fā)展，已經(jīng)成為了一種重要的測量手段，其在調(diào)查資產(chǎn)、測繪礦區(qū)以及災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等應(yīng)用方面發(fā)揮著重大作用。對小區(qū)域進(jìn)行測繪時無人機(jī)航攝的靈活性的優(yōu)勢是無可替代的，而對于一些地勢比較險惡的地區(qū)，測量工作困難，無人機(jī)航攝系統(tǒng)的表現(xiàn)是比較好的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]初愛萍.基于DPGrid 軟件的無人機(jī)數(shù)據(jù)處理[J].科技傳播.2010（ 10）：196-197.

[2]宗秀影.LPS在無人機(jī)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].測繪通報.2011（ 2）： 90-91.

[3]張蕾，萬芳琦.無人機(jī)航攝系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與處理的研究[J].江西測繪.2012（04）

作者簡介：鄭康貴，1981年7月生，男，廣東省吳川市，漢，本科，測繪工程師，軟件設(shè)計師，工科學(xué)士學(xué)位，主要研究方向：地理信息系統(tǒng)開發(fā)，大型GIS空間數(shù)據(jù)建庫。