無人機在全天候遙感監測圖斑核查中的應用

周見 盧清國 楊書毅

（1.河南北斗空間科技有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省地圖院，河南 鄭州 450008；3.河南省國土資源調查規劃院，河南 鄭州 450003）

1 項目背景

目前，全天候遙感監測的技術手段是利用前后時相的衛星遙感影像提取變化圖斑[1]。然而存在的問題是：基于遙感手段的土地利用監測主要通過人工目視解譯來實現，對遙感數據的分辨率要求較高，但目前可購買到的商業衛星影像的分辨率最高只能達到0.5米左右，這勢必增加人工目視解譯的難度和工作量，精度也得不到保證，因此對于傳統衛星遙感圖像提取的疑似變化圖斑，不能直接判讀是否為真實的變化圖斑[2]，這就需要人工對提取的圖斑逐個進行實地核查，如果遇到人工無法進入的圖斑，就給圖斑核查帶來了困難；另外，有些圖斑在某一區域內呈聚集狀分布，人工核查時需在圖斑之間不停轉場，耗費了大量時間。

隨著無人機遙感技術的日益成熟，其在國土測繪中的應用越來越廣[3]。無人機以其獨特的“上帝視角”，能飛抵圖斑上空對其進行拍照，且能應對復雜的地形環境，降低了人工圖斑核查的復雜性和困難性。本文選擇南樂縣產業集聚區內的9個圖斑為實驗區，使用大鵬CW-20無人機進行實驗性無人機圖斑核查。通過規劃自由航線，CW-20一次飛行能拍攝多個圖斑。用內業處理得到的高分辨率DOM，直接判讀圖斑是否為變化圖斑，避免了在圖斑之間轉場，提高了核查效率。

2 技術流程

用無人機進行圖斑核查的一般流程為：首先進行外業航空攝影，檢查外業數據成果，若合格則進行內業處理，得到高分辨率的DOM成果，然后利用DOM判讀圖斑是否為變化圖斑。其技術流程如圖1所示：

3 圖斑核查實施情況

3.1 外業航攝

實驗區選擇的是南樂縣產業集聚區內的9個圖斑。外業作業使用大鵬CW-20無人機，該無人機翼展3.2 m，飛行質量24 kg，任務載荷2 kg，巡航速度25 m/s，最大飛行速度31 m/s，續航時間4h，最大抗風能力7級。該無人機采用固定翼結合四旋翼的復合翼布局形式，以簡單可靠的方式解決了固定翼無人機垂直起降的難題，兼具固定翼無人機航時長、速度高、飛行距離遠的特點和旋翼無人機垂直起降的功能，無需操作人員干預便可完成巡航、飛行狀態轉換、垂直起降等飛行階段。

航線規劃為自由航線（如圖2所示），僅僅針對圖斑進行拍照，省去了大部分無用航線和無用像片，減少了數據處理量，節約了核查時間。此次圖斑核查項目共飛行一個架次，航程20 km，時間25分鐘，拍攝像片35張，焦距35 mm，相幅3600萬像素。經檢查，像片上地物清晰，色彩飽滿，無重影。

3.2 內業處理

航攝結束后，需檢查數據質量。此次航攝過程中采用的是自由航線，因此數據質量檢查相對簡單，主要包括影像的云高、云量、能見度，飛行航跡數據，曝光點數據，影像位置與姿態數據等。經檢查，沒有明顯問題，即認為航攝影像質量合格。

合格后便可對數據進行處理。數據處理所用的軟件是全自動攝影測量與三維建模軟件Photoscan。此次航攝的范圍不大，像片不多，無需再對像片進行分組處理，只需對POS數據格式做一定的修改，讓其順利導入軟件PhotoScan中即可。處理流程為：匹配像片、點云生成與過濾、生成網格、生成紋理、導出DOM。

圖2 大鵬CW-20無人機自由航線規劃

3.3 圖斑判讀

原始像片經過處理后，得到分辨率為0.1m的高清晰DOM，通過DOM和原始衛星影像的匹配、對比和分析，即能判讀圖斑是否為變化圖斑。

3.4 圖斑核查結果與質量分析

南樂縣產業集聚區的9個圖斑核查結果如表1所示。

表1 南樂縣產業集聚區圖斑無人機核查結果

以圖斑3和圖斑7為例，討論無人機圖斑核查的質量與效果。原始圖斑與無人機航拍影像對比如圖3、圖4所示。

圖3 原始圖斑與無人機航拍影像

圖斑3在衛星遙感影像上顯示和周圍有明顯區別，影像紋理不均勻，比較雜亂，結合影像的航拍時間、反光強度及多年的衛星影像處理經驗來看，疑似建筑工地。通過無人機航拍DOM顯示，此圖斑確認為建筑工地。若是人工核查，圍擋的存在會給人工核查帶來很大困難，而無人機則能飛抵圖斑上空進行拍照，像片經過處理后，直接判讀此圖斑是變化圖斑。

圖4 原始圖斑與無人機航拍影像

圖斑7在衛星遙感影像上顯示較為模糊，紋理不均勻，沒有明顯特征可判別是哪種地物，前期判斷為疑似變化圖斑，無人機航拍影像顯示，此地為河流兩岸，并未有施工跡象，確認此圖斑是偽變化圖斑。

4 結語

利用無人機進行圖斑核查，能準確識別真實圖斑，可將疑似變化圖斑確認為變化圖斑，也可以從疑似變化圖斑中甄別出偽變化圖斑，且無人機從高空俯瞰圖斑，更能核查出圖斑的整體狀況。

無人機航高低，成像清晰度可以根據需要設置航高；受云層干擾少，航攝周期短，出成果快。利用長航時無人機，通過規劃自由航線一次飛行就能拍攝大面積范圍內的多個圖斑，避免了人工外業核查時在各個圖斑之間的轉場，節約了時間，提高了核查效率。

[1]潘厚成, 虞繼進.遙感與土地資源動態監測[J].江蘇測繪,2000,23(1):31-32.

[2]郎城.無 人機在區域土地利用動態監測中的應用[D].西安:西安科技大學,2011.

[3]陳沖,周 進省,尤艷紅.積云一號無人機航測系統在水利測量中的應用[J].資源導刊·信息化測繪,2017(10):40-41.