利用无人机进行航测工作的方式方法

[摘  要]无人机在测绘中具有非常重要的作用,可以机载遥感设备,如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪,激光扫描仪、磁测仪等获取信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求制作成图像。为适应城镇发展的总体需求,提供综合地理、资源信息。

[关键词]无人机  航测  方式  方法

中图分类号:TB 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)22-0363-01

正确、完整的信息资料是科学决策的基础。各地区、各部门在综合规划、田野考古、国土整治监控、农田水利建设、基础设施建设、厂矿建设、居民小区建设、环保和生态建设等方面,无不需要最新、最完整的地形地物资料,已成为各级政府部门和新建开发区急待解决的问题。下面我来简要叙述一下利用无人机进行航测工作的方式方法。

利用无人机进行航测工作的方式方法

一、航飞准备工作

航空摄影是一项整体性要求较高的工作,不仅要求有精密的摄影仪器、严格的技术指标,为保证航飞工作的顺利实施,还必须要有有效的组织管理机制,以保证从项目规划、设计、实施、后期处理的全过程都处于可控状态,可以严格执行国家和行业有关规范和标准。

航飞工作的组织管理是围绕航测任务的整个过程开展的,在任务下达之后,及时确定任务的责任人员,建立任务的项目组。

1、航摄实施前,制定详细的飞行计划,且针对可能出现的紧急情况制定应急预案。

2、航摄工作严格遵照民航、通航和空域管理部门的相关规定。

3、航摄实施前对工作使用的设备、材料进行认真的检查,并做好了检查记录。

4、派出经验丰富的项目负责人现场组织安排和指挥生产,严格掌握天气标准,经常和气象台联系,不错过航摄天气,确保飞行质量、摄影质量与生产日期。

5、摄影协调安排在碧空天气进行,确保影像清晰、色调均匀、层次丰富。

无人机正式作业前进行了试飞和试摄

二、航飞工作实施

无人机正式作业前进行了试飞和试摄,通过对试飞和试摄所获成果分析研究,确认各项系统设备状态正常后,正式开始航摄工作。

1、每次试飞前,需仔细检查系统设备的工作状态是否正常。

2、进入摄区前,组织飞行员和摄影员进行航线设计的技术讲评。

3、严格按照规范规定的太阳高度角要求选择摄影时间。

4、在航摄飞行时,严格按照操作规范进行。

5、飞行时,最大航高与最小航高之差不大于规范限制。

6、飞行结束后,对旁向重叠、范围保证等元素进行逐一检查,做出详细的质检记录,凡不符合要求的产品,必须进行补摄或重摄。

7、航摄中出现的相对漏洞、绝对漏洞和其他严重缺陷均应及时补摄,漏洞补摄必须按原设计航迹进行,补摄航线的两端应超出漏洞之外不少于一条基线。

航飞影像处理

三、航飞影像处理

1、影像处理准备:

(1)原始数据格式为JPG;

(2)相机检校文件包括:相机像主点坐标、相机焦距、像元大小、径向畸变差系数(K1、K2)、切向畸变差系数(P1、P2)、CCD非正方形比例系数α、CCD非正交性的畸变系数β、像方坐标系等(其单位为像素或毫米)。

(3)控制资料包括:控制点坐标文件(包括平面坐标与高程坐标)或DOM、DEM等。

(4)航线结合表包括:航线索引图、飞行方向等。

2、数据预处理

数据预处理与空三软件有关,也与相机有关,普通相机的相片需进行畸变纠正。一般相片预处理时需将相片按照航带分开并按照飞行方向适当旋转(相邻航线的相片旋转角度相差180度),有的空三软件需将相片格式转换为tif格式才能做后期处理,在转格式和旋转相片时,为了保持相片信息不丢失,最好是PhotoShop软件来处理,为了提高效率,可以采用PS的批处理命令。如果是用MAP-AT软件的话,相片可放在一个目录,格式也不需转换,直接用JPEG格式,但是仍需按照航带旋转相片,这是为了方便批处理建立空三的工程文件。像控点数据按照编号和航带分好目录。

3、空三加密处理

空三加密处理是航摄中最重要的步骤,也是最繁琐的步骤。不同的软件空三步骤有些许不同,但是大同小异。一般都是先做内定向,然后是相对定向,最后做绝对定向,绝对定向是需要控制点数据的。所谓加密其实就是平差过程,为了提高加密精度一般在最后都会在绝对定向的基础上做一次在整体的光束法平差,光束法整体平差不引入中间步骤的参数,是以精度最高。

4、生成DEM和DOM

做完空三之后就可以生成DEM和DOM了,在相对定向之后可以将部分加密点假设为已知点,所以相对定向之后就可以做这一步了,如果只是需要没用坐标的正射影像的话,可以在相对定向之后做这一步。生成DEM其实就是软件自动匹配加密点的过程,增加加密点的密度就可以得到不同分辨率的DEM,但是电脑自动匹配的加密点总会有错误的,所以如果要出DEM成果是必须要人工编辑的。生成DEM需要所在影像的高程数据,也就是DEM,可以用电脑自动生成的DEM(未编辑的),也可以用已有的DEM数据,如等高线数据等。但是已有格式DEM可能和软件所用格式不同,须进行格式。DEM的格式,有点空三软件是自带,有的需用ARCGIS,或者ERDAS等软件来处理。

5、镶嵌匀色

在上一步中生成的DOM正射影像都是单张相片纠正过来的,为了得到整幅影像需进行镶嵌处理,镶嵌的意思就是不同的相片按照坐标和纹理进行拼接处理。不同的相片对比度和色调不一致,所以在拼接前还需进行匀光匀色处理,匀光是统一对比度,匀色是统一色调。匀光匀色软件很多,有的是空三软件自带的(如DPGrid),有的是单独的,有的和镶嵌软件是一体的。但是所有的镶嵌匀色软件处理步骤都大同小异。

匀光匀色有不同的算法,主要是两种,一种是整体的自适应算法,这个算法是根据所有形象的对比度和色调信息计算出一个整体统一的对比度和色调,然后将所以的相片的对比度和色调改成这个值。这种方法的好处是不需要编辑模板,但是整体效果不是很好,这是因为由于成像条件不同,所以可能相同地物的对比度和色调本身不一致,用这种算法处理之后在拼接的地方拼接的痕迹很明显。另外一种算法是预先按照测区所在地的不同地物,选择一张相片(最好是包含所有地物)作为模板,用图像处理软件(如PS)将模板相片中相同地物的色调调整一致,并将整体效果调至最好。最后用此模板作为匀光匀色的标准来调整所有相片的色调和对比度。这种方法的好处是相片匀光匀色效果好,整体效果也不错,而且拼接痕迹不明显。一般生产是采用这种方法,但是编辑模板对处理结果影响较大,如果模板选得不好,整体效果也不好,这个和经验有关。做完匀光匀色之后就是相片的镶嵌了,镶嵌过程中为了纹理一致,需要编辑拼接线,这个对后期成果影像较大。编辑拼接线主要是为了避开房屋,因为房屋的高差大,所以变形也大,一般是无法完全纠正的,所以不同照片中相同房屋的纹理不会完全对应,为了得到相同的纹理,同一栋房屋应选择同一照片中的纹理。还有就是可能有些相片在拼接的地方纹理不好,需选择纹理的较好的相片。总之要得到质量好的整幅影像,镶嵌匀色的工作量也很大。现在用到的镶嵌匀色软件很多:①、ERDAS;②、GeoDogging;③、航天远景易拼图;④、DPGrid自带模块;⑤、Inpho自带模块。

6、成果输出

最后一步是成果输出,成果可以分为空三加密成果,DEM成果和DOM成果。空三加密成果就是空三加密的之后得到的每张相片的内外方元素以及平差之后的各参数的误差分布和中误差,这些必须达到规范的要求,后期处理的成果才算是合格的。DEM如果作为成果输出是需要进行编辑的,但是一般空三软件只有简单的或者没有DEM编辑的功能,需将空三成果转换为DEM编辑软件识别的格式之后在导入相应软件进行编辑。DEM编辑主要是将高程加密点贴近地面,一般在房屋和有树木的地方加密点是贴在房屋和树顶上的。而且由于空三本身误差的存在,不同相对(一个相对分为左影像和右影像)的匹配点不同,高程也不尽相同。一个模型中周边的变形是最大的,所以DEM在中间的精度最好。将不同模型的DEM拼接成整幅时一般是选取模型中间的加密点,取平均值得来的。DOM是大部分航摄的最终成果,也是最主要的成果。做完上一步之后得到的就是DOM成果,标准成果是需要按照地理坐标分幅输出的,DEM和DOM都一样。最后如果可能的话,还会需要DLG成果,DLG是在空三成果的基础上在数据采集软件上进行的。

随着高新技术在无人机上的不断应用,无人机的性能会越来越先进,可以预见,测绘无人机将会在未来的测绘生产中扮演更重要的角色。无人机技术以其灵活性好、操作简单等优点在现代及未来遥感测绘中发挥着非常重要的作用,被广泛应用于测绘测量中,特别是在大型灾害发生后的重建以及经济建设中发挥着巨大的作用。

参考文献:

摄影测量与遥感技术发展现状分析  尹宝田《建筑工程技术与设计》 - 2015

像素级图像融合方法及应用研究 李伟 华南理工大学 - 2006–

无人机遥感发展与应用概况 金伟,葛宏立,杜华强,《遥感信息》 - 2009

–基于多特征的遥感影像分类方法  陈秋晓,骆剑承,周成虎,《遥感学报》 - 2004-

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