无人机低空摄影测量技术在美丽乡村建设中的应用_杨五一

总第102期第4期

无人机低空摄影测量技术

在美丽乡村建设中的应用

杨五一

（厦门海沧市政建设管理中心福建厦门361026）

摘要：本文结合党的十八大提出的建设美丽中国和厦门目前正在实施的美丽乡村建设，探讨无人机在美丽乡村建设中的应用，作者以厦门市海沧区东孚镇美丽乡村项目为背景，使用无人机低空航测系统获取影像数据，得到1:2000数字测绘成果，通过成果对比，介绍了无人机低空摄影测量相较于传统航空摄影测量和工程测量的优势，阐述了无人机航测技术手段所获取的数字成果用于新农村规划设计方面的可行性和有效性。

关键词：无人机摄影测量；空中三角测量；地形图；DOM

1引言

党的十八大提出建设美丽中国的方针，美丽乡村建设是生态文明建设的重要组成部分，是建设美丽中国的重要组成部分。在加快新农村建设步伐之中，农村土地信息调查和规划设计起着至关重要的作用。在新农村规划建设过程中，数字测绘产品如数字正射影像、数字线划图等作为基础的数据输入和数据依据，是土地信息调查和规划设计中的不可或缺的组成部分。

传统地信息调查和规划设计中，采用高空摄影测量或卫星遥感的测量手段以获取大范围影像数据，但具有成本高、分辨率低等缺点。为获取大比例尺，如比例尺为1:5000、1:2000的地形图时，往往采用传统的工程测量的方式进行，但工程测量获取测绘成果的方式制作周期长、自动化程度低、成本高，具有一定的局限性。无人机是一种灵活机动的数据采集平台，采用无人机进行低空摄影测量获取快速可靠的测量成果已广泛应用于农村规划和建设：文献［1］中利用无人机遥感信息提取进行用地类型现状提取用于新农村规划；文献［2］中利用无人机遥感系统进行土地复垦；文献［3］则针对无人机所采集的数据进行农村宅基地半自动提取。

笔者以厦门市海沧区东孚镇美丽乡村项目为应用案例，介绍无人机航测数据采集方法和数据处理手段，对所获取的数据成果进行精度评定，分析无人机航测系统的特点和优势，对其应用前景进行展望。2无人机低空航测系统组成、特点近年来，无人机（UAV，Unmmanned Aerial Veh-icles）技术得到了长足发展，基于无人机飞行平台的低空摄影测量技术已显示其独特优势。无人机低空航测系统以无人机为飞行平台，搭载非量测数码相机，并集成相应的飞行控制系统，由地面控制系统实现航迹规划，实现自动化精的确获取地面影像数据。

相较于传统航空摄影测量，无人机低空摄影测量具有如下独特优势：购置和维护成本极低；随着国家政策对低空空域的逐渐开放，无人机的审批流程和作业方式更加机动灵活；受天气影响小；能快速获取大比例尺的高精度精细影像，制作周期短［2］。因此，它弥补了传统航测和工程测量的不足，是获取大比例尺地形图技术手段的一种有力补充。

但与此同时，由于无人机所搭载的相机为非量测相机，成像具有较大的畸变差；飞行姿态容易受风力影响，导致其旋偏角过大，匹配难度高、效率低；无人机所采集的数据重叠度高，影像数据量大等这些特点，使得无人机影像数据处理具有一定难度。

3无人机数据处理流程

采用意大利Menci公司的APS数据处理软件，可以处理带有GPS的无人机数据影像，并可用于制作DTM、等高线、正射镶嵌影像等。其处理流程如下图1所示。

无人机低空摄影测量技术在美丽乡村建设中的应用25

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２０１４年

江西测绘图1无人机低空摄影测量数据处理流程图

具体处理步骤如下：

1）相机内定向和畸变纠正。由于无人机所搭载

的相机为非量测相机，在成像时会存在较大的畸变差，必须对影像进行畸变差改正，主要是光学畸变差改正。进行光学畸变差改正的前提是需要获取相应的相机参数，基于计算机视角的方法，采集区域内的影像样张，进行相机标定，即相机内定向，从而最终得到经过相机畸变纠正后的影像。

2）影像匹配。无人机具有易受风力影响，旋偏角

大，飞行姿态不稳定等特点，采用传统的基于像素匹配的算法很难得到稳定可靠的匹配点。APS 采用具有旋转尺度不变性的匹配算子，并能采用基于多线程的GPU 加速算法［4］，快速获取得到具有鲁棒性的密集匹配点。

3）加入相控点的空中三角测量。基于无人机所

采集的GPS 数据，以及影像匹配所得到的密集匹配点，采用光束法区域网平差算法，解算出相机曝光时刻的飞行位置和姿态。并引入实际相控点位置进行联合平差，将测量成果转换为地方坐标。

4）DEM 生成。通过空三算解算获取得到无人机

的飞行姿态和位置信息，以及密集匹配得到的特征点，获取到大量的地面加密点坐标信息。采用相应的坐标内插方法和滤波算法得到相应的DEM 数据。并将DEM 采用人工交互的方式对其进行编辑，修改不满足空间几何拓扑关系的地物，最终基于修改后的

DEM

成果。

5）正射影像纠正和镶嵌。对生成的DEM 进行正

射影像纠正，基于拼接线避开房屋断裂区域和光照不均匀阴影区域对正射影像镶嵌，并进行色调调整和匀光处理，使得到的正射影像色调一致，成像均匀。

6）其他测绘产品生成。在完成空三解算后，将畸

变纠正后的影像和空三数据导入到适普的立体测图环境中，在立体环境下进行测图，得到相应的数字线划图。并生成等高线和高程点。

4应用案例

笔者这次无人机数据采集，采用的Ebee 无人机是由瑞士传感器制造商SenseFly 生产的一款轻型无人机，它采用模块化设计，有可拆卸机翼，方便携带和运输。飞机采用弹性泡沫制作而成，静重0.63kg ，翼展96cm ，巡航速度36-57km/h ，续航时间45min 。飞机采用手动抛射起飞、机腹滑降模式，爬升、飞行摄影和降落过程都按照地面控制系统的飞控软件

Emotion2事先规划的路线进行自主完成，易于操控，

不需要配备专门的飞行操控手。该飞机搭载了一台像素为1600万像素的相机的卡片相机，地面分辨率可捕获3-30厘米地面分辨率的相片。

测区隶属于福建省厦门市海沧区东孚镇，寨后村、过坂村、洪塘村、山边村，测区以居民地为主，人口较密集，地貌以平地为主。以过坂村杨厝、后坑社作为具体案例进行分析，共获取了约0.97平方公里的影像数据。航摄当天，风力四级左右，光照条件良好。航高约200米，影像分辨率达到0.1m ，航摄过程中的航向重叠度为为70%，旁向重叠度60%。下图2所示为航摄飞行所获取的样张数据，从该相片可以看出，影像成像清晰，反差适中，色调柔和，相点位移小，符合内业数据处理要求［5］。

图2低空摄影测量数据采集获取影像样张

基于区域网空中三角摄影测量相控点布设方法在区域网周边进行布设相控点。为保证相控点选点要求，采用塑料标靶布设相控点，标靶放置于位置开阔、不被阴影遮蔽的平地上。采用网络RTK 测量方

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