無(wú)人機(jī)航拍的發(fā)展趨勢(shì)和正射影像的生成研究

余玉平　陳賢明　韓紅芳

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)工程測(cè)量測(cè)繪領(lǐng)域因新的設(shè)備和新的技術(shù)注入了新的活力，計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線電遙控技術(shù)、GPS高精度定位基礎(chǔ)的有機(jī)結(jié)合，無(wú)人機(jī)也出現(xiàn)在人們的視野中。文章探討了利用無(wú)人機(jī)航空攝影獲得的航片，通過(guò)軟件進(jìn)行航片拼接、空三加密、正射影像的生成過(guò)程和平面精度驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；航拍測(cè)量；正射影像；工程測(cè)量；計(jì)算機(jī)技術(shù)；無(wú)線電遙控技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P231 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.009

1 概述

航天攝影測(cè)量是隨著航天、衛(wèi)星、遙感技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的攝影測(cè)量技術(shù)，將攝影機(jī)安裝在衛(wèi)星上，從空中對(duì)地球地貌、城市景觀、工程建設(shè)等方面進(jìn)行攝影攝像活動(dòng)。近年來(lái)高分辨率衛(wèi)星影像的成功應(yīng)用，使得它成為國(guó)家基本圖測(cè)圖、城市、土地規(guī)劃的重要數(shù)據(jù)源。

2 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)駕駛飛機(jī)為空中遙感平臺(tái)的微型航空遙感技術(shù)，其特點(diǎn)是：以無(wú)人駕駛飛機(jī)為空中平臺(tái)，以專用照相機(jī)、攝像機(jī)以及視頻無(wú)線傳輸技術(shù)獲取信息，用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。與衛(wèi)星遙感影像相比，無(wú)人機(jī)拍攝影像具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）時(shí)相性好，即現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)；（2）分辨率高（通常為0.2m、0.1m）；（3）清晰度好；（4）立體相對(duì)且重疊度大；（5）自主性強(qiáng)；（6）可以量測(cè)。

3 正射影像

正射影像是具有正射投影性質(zhì)的遙感影像。原始遙感影像因成像時(shí)受傳感器內(nèi)部狀態(tài)變化、外部狀態(tài)及地表狀況的影響，均有程度不同的畸變和失真。對(duì)遙感影像的幾何處理，不僅提取空間信息，如繪制等高線，也可按正確的幾何關(guān)系對(duì)影像灰度進(jìn)行重新采樣，形成新的正射影像。正射影像制作主要采用專用設(shè)備來(lái)進(jìn)行，如平坦地面中心投影式航空像片，可用光學(xué)機(jī)械型糾正儀。

4 數(shù)據(jù)生產(chǎn)

4.1 設(shè)計(jì)說(shuō)明

數(shù)字正射影像圖（DOM）是利用數(shù)字高程模型（DEM）對(duì)數(shù)字化航空攝影影像，經(jīng)逐像元進(jìn)行投影差改正、鑲嵌，按國(guó)家基本比例尺地形圖圖幅范圍裁切生成的數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)集。

本次設(shè)計(jì)由于成本原因沒(méi)有按需求去制定航飛計(jì)劃，采用了其他項(xiàng)目飛行過(guò)的航片，其分析精度和論證不影響結(jié)果。

影像使用DEM正射的必要性。影像使用DEM正射的必要性如圖1所示（摘錄至豆丁網(wǎng)）：

圖2基本解釋了地形起伏對(duì)航片的影像，所以采用DEM對(duì)航片正射是非常有必要的。DEM的獲取由于受測(cè)繪法規(guī)的限制，對(duì)高精度的需求可針對(duì)項(xiàng)目情況由測(cè)繪部門許可得到大比例尺DEM數(shù)據(jù)，本次實(shí)驗(yàn)采用ASTER GDEM。

4.2 設(shè)計(jì)流程

本設(shè)計(jì)采用的正射軟件為遙感圖像處理平臺(tái)ENVI。

4.2.1 具體操作步驟。

第三，下面根據(jù)RPC和DEM進(jìn)行正射校正，輸入高程處使用中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心·科學(xué)數(shù)據(jù)中心獲取的DEM資料。

第四，軟件會(huì)根據(jù)控制點(diǎn)信息和對(duì)應(yīng)地區(qū)的DEM信息計(jì)算后輸出成圖，即為正射影像圖。

4.2.2 航片與衛(wèi)片的優(yōu)劣對(duì)比。

第一，精細(xì)度。航空像片是低空航空攝影，所以每幅圖片范圍比較小，但分辨率一般較高，影像清晰而且細(xì)致，反映的地物也較豐富，比較容易判讀。

第二，平面精度。由于通過(guò)正射和地面控制點(diǎn)的矯正，平面精度和衛(wèi)片已經(jīng)相差無(wú)幾，實(shí)際與衛(wèi)片誤差控制在2m內(nèi)。

第三，時(shí)效性。我們熟知的最常用的商業(yè)衛(wèi)星QuickBird“快鳥”重訪周期在1～6天（0.7m分辨率，取決于緯度高低）。而無(wú)人機(jī)對(duì)需求區(qū)域做拍攝的實(shí)際準(zhǔn)備時(shí)間在1d左右，所以無(wú)人機(jī)的時(shí)效性還是比衛(wèi)星拍攝有優(yōu)勢(shì)，尤其在高緯度地區(qū)衛(wèi)星重訪的實(shí)際時(shí)間會(huì)更慢些。

第四，經(jīng)濟(jì)性。由于無(wú)人機(jī)在法律法規(guī)中還沒(méi)有明確定義其適用范圍，現(xiàn)在應(yīng)用較多的還是在軍用方面和普通旋翼機(jī)的廣告影視拍攝方面，地理信息采集方面還沒(méi)有大規(guī)模的應(yīng)用，所以其成本也相對(duì)較高，這一點(diǎn)隨著社會(huì)需求的增多和應(yīng)用的普及會(huì)慢慢降低成本。

第五，獲取范圍。由于當(dāng)今電池技術(shù)的限制，無(wú)人機(jī)實(shí)際的工作時(shí)間一般都在30～60min內(nèi)，所以單航次的飛行面積也是相對(duì)狹小的，固定翼無(wú)人機(jī)在時(shí)速80km/h時(shí)，一個(gè)航次的飛行面積一般不超過(guò)20km?。和衛(wèi)片的一個(gè)拍攝條帶相比，面積是無(wú)法相提并論的。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，利用無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字正射影像的制作，精度能滿足當(dāng)前一般城市數(shù)字影像制作的要求，適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)發(fā)展的需要，為中小城市特別是城、鎮(zhèn)、縣、鄉(xiāng)等地區(qū)經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)提供了有效的遙感技術(shù)服務(wù)手段。隨著多種機(jī)載傳感器、無(wú)人機(jī)硬件制造技術(shù)的發(fā)展，低空無(wú)人機(jī)以其機(jī)動(dòng)靈活、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，必能擁有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）