无人机技术在天水百万亩土地整治中的应用

李凤娟

（1.甘肃省地图院，甘肃 兰州 730000）

无人机航测技术作为一种新型的高效低空遥感影像获取技术，拥有高机动性、低成本、实时对地观测等众多优势，在土地整治、工程测绘、应急测绘保障等领域得到了广泛应用[1]。但无人机空中姿态稳定性差，拍摄影像存在倾斜、变形、色彩不均匀等缺点，常规的空三软件很难或无法顺利处理无人机数据。本文结合天水市土地整治项目需求，针对无人机数据从影像快拼图制作、像控点布设、空三加密到后期各种地形图件的制作技术进行了研究探索。

1 无人机数据生产方案

根据天水土地整治项目的需求，首先使用无人机对测区进行航空摄影，通过每张像片的概略摄站坐标制作测区快拼影像图，然后进行野外像控点的施测，完成空三加密后生产DOM和DLG，如图1所示。

2 像控点布设

本测区位于甘肃省天水市，为黄土高原地貌，地形类别属于山地。测区选用LT-150测量鹰航拍无人机，搭载Canon EOS 5D MarkⅡ相机。测区共飞行8条航线，共328张影像，面积约20 km2，地面分辨率为0.18 m，航向重叠度约为75%，旁向重叠约为40%，按4～5条基线间隔布设83个像控点，在测区内部均匀布设21个检查点。

3 空三加密

1）资料准备。处理无人机数据前需要准备的文件包括原始影像数据、像控点成果、POS数据、相机参数等。无人机相机参数不同于量测型相机，需提供相机像主点坐标、相机焦距、像元大小、畸变差系数、CCD 非正方形比例系数、CCD 非正交性的畸变系数。

2）畸变差校正。无人机一般采用非量测数码相机，物镜畸变差较大，如果不考虑影像畸变直接使用，将影响空三精度，降低测图精度。因此，做空三加密之前必须对无人机影像进行畸变差校正。

3）基本参数设置。设置正确的相机文件，导入畸变校正后的影像，建立正确的航带信息，确保影像之间相对关系正确。

4）全自动连接点量测。构建测区自由网利用SIFT特征的旋转、微小仿射变换不变性的性质，从金字塔影像上提取匹配点对，解决了无人机影像的旋转角大、航向重叠度不规则的问题，通过稳健的误匹配剔除方法，为后续精匹配提供良好的初值，并得到了立体像对的初始外方位元素，使得二维匹配变为近似一维搜索，提高了匹配的效率和可靠性；采用Forstner算子提取焦点、圆点等明显特征，同时划分均匀格网保证了点位分布的均匀性；采用最小二乘匹配使得结果更加准确[2]。连接点提取完成后，进行自由网平差，剔除自由网中的粗差点并查看自动点点位略图，若点位分布不均匀或缺少标准点位点，则需手动添加连接点。

5）区域网平差。导入外业控制点坐标，软件自动根据摄站点GPS数据将外业控制点计算到对应像片上，但在实际使用中，无人机摄站点GPS数据精度一般较低，自动计算的控制点位置存在较大误差。在本次项目中首先正确观测四角的地面控制点，然后进行控制网平差，再逐一立体观测其他像控点，仔细分析平差报告，剔除粗差，确保每个像控点的观测点位与控制片的刺点位置一致，最后输出空三加密成果，即输出加密点的大地坐标和影像的外方位元素。

6）精度分析。测区内检测点中误差如表1所示。通过分析，精度满足1︰2 000地形图测绘的要求。

表1 测区内检测点中误差

4 DOM和DLG成果

由于无人机数据像幅较小，像片数较多，采用支持多线程、并行处理的影像处理软件完成高精度DEM的匹配、修测和DOM的制作，利用摄影测量工作站，制作DLG。具体成果如图2、图3所示。

图2 正射影像图

5 常见问题的处理方法

1）在制作影像快拼图时，要注意将影像旋转到正确方向，设置好与POS数据的对应关系。

图3 黑王寨局部数字线划图

2）在处理无人机数据前，需对影像数据进行正确分析，在不造成摄影漏洞的前提下，剔除影像质量不好、航线端头旋偏角较大的影像数据，以免后续影像连接点匹配失败。

3）在布设像控点时，一般可按4～6条基线布设，在测区交通方便处均匀布设一定数量的检测点。

4）为提高平差精度，建议在处理过程中采用二级优化策略。首先根据原始POS信息，自动匹配连接点构建测区自由网，优化初始外方位元素，然后根据优化的结果进行第2次自动连接点匹配，最后进行区域网平差计算。

5）在平差过程中，部分影像可能由于质量较差或缺乏纹理，自动匹配的连接点稀少。为了增强区域网连接力度，需人工添加连接点。

6）为了提高区域网可靠性，控制点可按双点布点，特别是区域网四角控制点布设成双点能显著增强对整个区域的控制和精度。

7）虽然在空三加密前已对影像做过畸变差校正，但影像边缘仍存在变形，应尽量避免在像对边缘测图。

[1]张文博.无人机航测技术在土地综合整治中的应用研究[D].长沙:长沙理工大学,2013

[2]王琳.高精度、高可靠的无人机影像全自动相对定向及模型连接研究[D].北京:中国测绘科学研究院,2011

[3]孙浩.基于PixelGrid 系统的无人机影像空三加密及影像图制作[J].测绘与空间地理信息, 2012(8):203-204,207

[4]刘彩丽.基于无人机小数码航空摄影测量空三加密技术在1︰500 数字化成图中的研究[J].测绘技术装备,2013(3):8-10

[5]鲁恒,李永树,何敬,等.无人机低空遥感影像数据的获取与处理[J].测绘工程, 2011(1):51-54

[6]任志明.无人机航测技术在成都平原信息快速获取中的应用研究[D].成都:西南交通大学,2011

[7]GB/T 23236-2009.数字航空摄影测量 空中三角测量规范[S].

[8]GB/T 7931-2008.1︰500 、1︰1 000、1︰2 000地形图航空摄影测量外业规范[S].

[9]GB/T 7930-2008.1︰500、1︰1 000、1︰2 000地形图航空摄影测量内业规范[S].