無人機航拍圖在繪制種子園工作步道圖中的應用

盧宗軍+梁浩+鄧毅暉++李富洲??

摘要：使用無人機航拍圖片、MapInfo Professional 7.0及Adobe Photoshop CS 5軟件繪制種子園工作步道圖，可以克服傳統繪制方法受天氣影響、用時長、工作量大、精準度不高等許多不足，提高工作效率和成圖準確度。

關鍵詞：航拍圖繪制工作步道圖

中圖分類號：S72文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2017）02-0086-03

在杉木種子園建設中，砧木行間工作步道圖的繪制是一項重要而繁雜的工作。通常使用人工勾繪的方法。人工勾繪方法抽象復雜，工作量大，且由于地形復雜和人為誤差等因素的影響，導致精度降低。為了克服傳統方法繪制種子園工作步道圖存在的不足，探索更便捷有效的方法，2016年使用無人機航拍圖片輔助繪圖的方法，為柳州市林科所杉木雙系種子園繪制種子園工作步道圖，取得了較好的效果。現將具體的方法簡述如下，供生產參考。

1繪圖原理

使用無人機高空垂直對種子園進行航拍，將無人機航拍圖片調整與實際地形一致后，以航拍圖片作為底圖來繪制工作步道圖。無人機拍攝的圖片因為“鏡頭畸變”現象，會存在變形，離中心點越遠變形量越大[1]。解決的辦法是，首先將種子園按小區區劃拍攝區域，高空拍攝時以小區中心為拍攝中心點，使小區圖像集中在照片中心區域，減少拍攝區域變形，避免因為拍攝區域過大，區域邊沿變形大導致調整難度增加或無法調整。然后利用林業等高線地形圖作為對照圖，對小區圖片作變形調整。以林業等高線地形圖作為參照，可以保證種子園小區圖片調整后與實際地形是相符的或近似相符的。最后以小區圖片作為底圖繪制種子園工作步道圖。

2具體方法

2.1獲取航拍圖片

（1）無人機準備。航拍用的無人機要求成像好，攝取的像片要足夠清晰。可選用型號為Phantom 4的大疆無人機或其他型號。

（2）拍攝小區區劃。種子園以一個小區（06～13 hm2）為一個拍攝區域。

（3）實地航拍。按劃定的小區逐一拍攝。由于民用無人機體積和質量比較小，風速對其飛行干擾較大，為確保航拍工作順利及成像質量，須選擇無風或微風的晴天進行。垂直拍攝時無人機要飛至小區正上方并以小區中心點為聚焦點，拍攝高度以離地300～350 m最好，這個高度拍攝的照片，拍攝區域變形小，也足夠清晰，拍攝時可以不同高度多拍幾張，方便過后對比選擇。

2.2繪圖

（1）軟件的準備。需要用到MapInfo Professional 7.0（以下簡稱MapInfo）和Adobe Photoshop CS 5（以下簡稱PS）兩個軟件。

（2）地形圖矢量化。林業等高線地形圖一般為柵格格式，放大到一定程度后，等高線就會變粗成帶狀或鋸齒狀，不能適用于照片調整，因此須將地形圖矢量化。采用折線工具繪制的方法[2]，用MapInfo打開柵格地形圖，在其上增加一圖層，在此圖層上按原等高線逐點描摹，使之與原柵格地形圖一致。地圖矢量化完成后就將其放大至1∶1000打印成圖，至實地進行修正。

（3）無人機航拍照片調整。①從MapInfo導出地形圖圖片。用MapInfo打開矢量地形圖的圖層，打開“圖層控制”，選定矢量地形圖層為可編輯狀態，用“矩形選擇”工具將所有等高線選擇起來，點擊“線樣式”工具將等高線線條寬度設置為象素1，設置完成后比例尺調為1∶1000，移動要修正的小區到MapInfo窗口中心，選擇“文件”菜單，點選“另存窗口”，將窗口保存為JPG格式圖片。②生成透明背景的地形圖圖片。用PS打開從MapInfo導出的地形圖圖片，選擇“選擇”菜單，點選“色彩范圍”，在彈出的色彩范圍對話框中，選擇用顏色采樣筆點選圖片中的空白部分取樣，確定色彩選擇，再選擇“選擇”菜單，點選“反向”，完成選擇后拷貝圖片。

新建一個圖片文件，背景內容設為“透明”，在“編輯”菜單中選擇“粘貼”，粘貼圖片后選擇“圖像”菜單，點選“調整”菜單項，從二級菜單中選擇“亮度/對比度”，在亮度/對比度對話框中使用亮度調節，將圖像中的等高線調至淺色。完成后將圖像保存為PNG格式的文件備用。③無人機航拍照片初步調整。將無人機上的照片導出至電腦中進行篩選，選擇成像清晰，聚焦準確的照片，按小區分開存放。

用PS打開PNG格式的地形圖文件，再在“文件”菜單中點選“置入”項，選擇要調整的航拍小區照片，按F7調出“圖層窗口”，在“圖層窗口”中將地形圖圖層置頂，選擇小區照片為編輯圖層。選擇“編輯”菜單，點選“自由變換”，通過對小區照片的移動、旋轉、縮放的操作使小區的影像照片與地形圖盡量相符，調整時以小區為主，小區外部分作地形參照。另外應注意的是，在縮放操作時要按住“Shift”鍵，這樣的縮放操作為等比例縮放操作，保證圖像不變形。

④無人機航拍照片的變形調整。經過以上調整后，小區內的圖像與地形圖已大致相符，下面就要進行一些變形調整，使得小區內的圖像與地形圖一致。選擇PS的“編輯”菜單欄，點選“操控變形”，濃度選項選擇“較多點”。先在照片上的小區邊界打上圖釘，然后通過移動圖釘調整，使照片上的小區邊界與地形圖上的小區邊界一致。調整完邊界后，在小區內的地形特征點也打上圖釘，再次細微調整。通過這樣的調整后，小區內的圖像與地形圖就相一致了，用“矩形選框工具”將小區圖像選擇出來，重新保存為JPG格式的圖片文件，這個文件就是調整好后的小區圖片。

（4）將小區圖片轉化為柵格地圖。使用MapInfo對小區圖片進行配準，將小區圖片轉化為柵格地圖。先用MapInfo打開林業地形圖，選擇小區的四個易識別的地形特征點作為配準控制點，選擇地形特征點時盡量選擇在小區的四個對角并記錄經緯度，再打開這個調整好后的小區圖片，此時會彈出配準對話框，通過查找圖片上與地形圖相對應的控制點并輸入經緯度，四個控制點輸入完成后按確定就完成了配準。

（5）繪制工作步道圖。小區圖片轉化為柵格地圖后，就可以進行人工步道的繪制。在配準的小區航拍圖片上新建一個工作步道圖層，采用折線工具繪制的方法，按圖索驥繪制出工作步道圖。繪圖完成后再到實地進行實地較正，保證準確。

3與人工勾繪方法的比較

無人機航拍圖片輔助繪圖與人工勾繪方法相比較，在操作流程上是有較多不同的，相比之下，采用無人機航拍圖片輔助繪圖比人工勾繪方法，操作更為簡單、效率更高，成圖也更準確。

4結論

使用無人機航拍圖片配合使用MapInfo及PS 軟件進行種子園砧木行間工作步道圖的繪制，較傳統方法具有很多方面優點。

（1）減少工作量，提高工作效率。傳統的人工勾繪方法，實地勾繪、轉繪等都需要大量的人工。采用無人機航拍圖片輔助繪圖，不再需要人工實地勾繪和轉繪，節約了人工，提高了效率。

（2）不受天氣影響。傳統的人工勾繪方法需實地勾繪，遇陰雨天氣工作就無法開展，采用無人機航拍圖片輔助繪圖，只要獲得航拍圖片后，就可以進行內業操作了，克服了天氣的影響。

（3） 操作性更為簡單，成圖更準確。傳統的人工勾繪方法，地形圖擴大、實地勾繪及轉繪等工作都需要有一定工作經驗的人員才可以操作，開展前需要對人員進行較長時間的培訓，而使用無人機航拍圖片配合使用MapInfo及PS 軟件，只要操作人員有電腦基礎就可以在很短的時間內掌握。且誤差小，成圖更準確。

參考文獻

[1]朱錚濤，黎紹發.鏡頭畸變及其校正技術[J].光學技術，2005（1）：136141.

[2] 包胡萍.用MapInfo制作矢量地圖[J].電子技術與軟件工程，2014（11）：84.

（責任編輯：夏劍萍）