无人机遥感影像快速处理技术研究

无人机遥感影像快速处理技术研究

摘要：该文基于笔者从事国土资源数据处理的相关工作经验，以面向灾害应急的航空数据快速处理为研究对象，论文首先分析了无人机低空遥感影像的特点，进而分析了无人机低空遥感影像快速处理的步骤，在此基础上，笔者探讨了面向对象的城市震害建筑物信息提取，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：航空影像快速处理灾害

地震及其次生灾害严重毁坏了灾区的房屋、道路等构建筑物，造成人民生命和财产的重大损失。研究表明，地震造成的建筑物受损情况是评估地震引发的经济损失、人员伤亡和社会功能受损状况的主要标准。遥感技术空间观察模式是快速获取灾区灾情的重要手段，国内外学者们在利用遥感技术进行地震震害信息的获取与快速评估这方面做了大量的探讨和试验性研究，并取得了许多具有实用价值的成果。

“时间就是生命”，利用高分辨率影像资料对震后建筑物受损情况的快速调查为指挥人员做出决策实施救援提供了科学依据。所以，准确快速有效地从遥感影像上自动提取建筑物震害信息，成为防震减灾研究工作中颇有意义的一项内容。

该文通过对比分析无人机低空遥感影像的特点，探讨无人机低空遥感影像快速处理方法，为灾后应急中无人机低空遥感影像的少地面

控制快速影像纠正提供了解决思路，并采用面向对象的遥感影像信息的快速分类和信息自动提取方法，实现了基于低空遥感影像快速提取的房屋等建筑物受损破坏的信息，对于抢险救灾具有十分重要的意义。

1 无人机低空遥感影像的特点

航空摄影的分辨率较高，可以人为控制进行有针对性的航拍，重点获取某个区域的数据，可以成为反映灾情、指导救援工作以及进行灾情评估和灾后重建的重要技术手段。在地震灾害发生后可以采用不同的航空遥感飞行平台和传感器，互为补充，各自发挥所长多方位地获取灾后影像资料。其中一种是采用无人驾驶飞机或飞艇低空遥感平台搭乘数码相机进行航摄，由于这类设备体积小巧，机动灵活，通过地面遥控快速采集影像，不需要专用跑道起降，受天气和空域管制的影响较小，因此无人机遥感技术作为遥感和航空摄影测量的有效补充，主要用于局部监测，反映地质灾害情况。

研究中获取的覆盖某次地震重灾区遵道镇的数字航空影像数据共有767幅，采用超轻型直升机搭载分辨率较高的数码相机(Canon EOS5D)以及惯性导航系统和卫星导航系统获取得到真彩色数码航空影像，其影像参数信息见表1。

该地区数字航空影像具有如下特点。

（1）用超轻型直升机为航空遥感平台，具有定点起降、近地面航摄；（2）采用数码相机拍摄，影像无框标信息；（3）分辨率高，可以清楚地从影像上分辨震后建构筑物受损等情况；（4）影像间的航向重叠度较大，基本在80%左右；（5）个别原始影像摄影时候摄影机主光轴与铅垂线航线偏转角较大，没有严格按照常规摄影测量飞行中保证航片是竖直摄影状态，影像局部变形较大。

2 无人机低空遥感影像快速处理

在实验中，根据获取的数据和收集的基础测绘资料情况，采取数字摄影测量辅助空中三角测量方法进行处理，处理步骤如下。

（1）数码影像格式转换及影像畸变校正：由JPG格式的转成8位非压缩的TIF影像，接着数码影像畸变校正，校正完后，需要旋转有些影像。（2）数码航空影像内定向：在内定向过程中将数码像片的4个角点作为的框标点，通过设置相机参数，完成像片内定向工作。像片内定向工作完成后就建立了数码相片坐标系统和像平面坐标系统之间的关系，即可以通过像片上任意像点的行列号(i，j)能确定其

在像平面的位置(xi, yi)。（3）POS系统数据后处理计算近似的外方位元素：从该地区数字航空影像的POS系统数据文件通过C#编程实现计算，解算出每一张航片的近似外方位元素。（4）影像相对定向及航带拼接：使用VirtuoZo AATM组建航带测区，将计算的近似外方位角元素与原始POS数据重新组合形成新的影像位置参数文件，在构网中起辅助连接作用。（5）空中三角测量处理：采用PATB进行区域网平差处理，计算出所有连接点的地面坐标，并获取外方位元素口。（6）制作正射影像图：将空三结果导入VirtuoZo，完成单模型的定向等工作，直接将地面简化为平面来处理，生成正射影像，并完成正射影像的镶嵌。

3 面向对象的城市震害建筑物信息提取

面向对象的建筑物震害信息提取主要包括两部分工作：一是进行影像

分割，形成影像对象；二是通过计算生成的影像对象的各种特征，包括光谱特征、纹理特征、空间关系特征等进行建筑物分类识别。

（1）影像分割。由于我们目标区为城市建筑物，因此本文采用层次分割方法。研究中为异质性寻找最佳的闭值，通过反复试验，最终确定第一层分割算法采用棋盘分割算法，进行专题图层共同参与分割运算。（2）震害建筑物类别提取。影像对象建立后，对大多数类别采用成员函数分类法进行分类，对倒塌房屋采用最邻近距离法分类。

建立分类类别结构图，采用分层分类、逐级掩膜、矢量转换等方法得到最终的房屋受损情况结果图。（3）结果分析。由于从遥感影像上获取得房屋震害信息和实际调查的震害房屋具有较大的差别。比如，房屋墙壁裂缝、屋梁断裂等能从实际调查中得出来的结果在遥感影像上却无法得到。故而，与实际调查结果进行定量的比较，可比性会大大降低。基于这样的认识，作者在对识别精度进行评价时，只与遥感影像震害的目视解译结果进行对比和分析，从结果看，该方法速度快，对城市完好和毁坏房屋的提取精度还是比较高的，但是对部分破坏建筑物的分类结果不是很理想。

4 结语

采取数字摄影测量辅助空中三角测量方法对地震受灾地区带POS数据的数码航空影像进行快速处理，其结果不论从速度还是精度基本达到了灾后应急的需求。通过POS数据解算的近似外方位元素虽不能用于直接定向，但能起到辅助空中三角测量的作用，并通过在航带拼接采用人工添加连接点的办法保证空中三角测量处理精度。将空三结果导入VirtuoZo，按照常规流程应该先进行地形地物信息采集，生成DEM后进行正射校正，而在本实验中直接将地面简化为平面来处理，快速完成正射影像图的制作，也符合灾后应急响应的需求。

参考文献

[1] 甘倬.航空影像数据处理流程研究[M].测绘与空间地理信