无人机航拍技术配合遥感的海岸带规划应用

何原荣，郑渊茂

（厦门理工学院计算机与信息工程学院，福建厦门3631024）

无人机航拍技术配合遥感的海岸带规划应用

何原荣，郑渊茂

（厦门理工学院计算机与信息工程学院，福建厦门3631024）

随着科技进步和市场需求，部分传统卫星遥感影像存在分辨率低、判读难、现势性差等缺点，在地形复杂的海岸带调查与规划应用效果并不理想，无人机遥感技术是由无人机和遥感技术组成的新技术，该技术引入海岸带调查与规划具有诸多技术增强作用。以厦门市翔安海岸带功能规划的实际项目为依托，利用DJI inspire1低空无人机遥感进行海岸带视频和影像野外拍摄，在Adobe Premiere Pro CS6，Photoshop等软件的支持下进行大宽幅数据拼接校正与视频加工。最后在ArcGIS软件的支持下，完成了海岸功能规划的制图与综合分析。应用结果验证了无人机航拍技术在海岸带规划项目的应用中具有较好的经济适用性。

无人机遥感；Adobe Premiere Pro CS6；Photoshop；翔安海岸带规划

海岸带作为海洋与陆地相互作用的交汇区，它拥有丰富的海洋资源、优越的自然环境以及便利的交通区位，使得该区域经济高速发展、人口活动快速集聚，往往成为人类生存家园的重点区域[1]。当前，国际上多数国家已经开展海岸带区域土地资源的各类规划，但我国在该领域的研究和实践工作相对滞后，沿海区域实施土地资源规划与管理的要求非常迫切，尤其是厦门翔安海岸带区域经济正处于高速发展的关键时期，未来将成为东南沿海重要的区域，对翔安海岸带进行科学规划相当重要[2]。目前，遥感技术具有快速、大面积获取数据的优势，已在国土规划以及资源管理方面做出巨大贡献，为我国经济发展提供了强有力的科技服务平台[3]。但在海岸带数据采集中，获取的部分卫星遥感影像存在现势性差、分辨率低、判读难等缺点，不能满足当前生产规划对地理空间数据的高精度要求。无人机遥感技术是由无人机和遥感技术组成的新型技术，将该技术引入海岸带调查与规划具有诸多技术增强作用，下面以无人机遥感技术应用于海岸带规划提高的效益进行简要论述。

1 海岸带规划应用遥感无人机航拍技术的必要性

随着科学和技术的进步，市场上产生了一种新型的低空无人机遥感技术，该技术具有影像实时传输、高危地区遥感、机动灵活及成本经济等优点，越来越成为采集空间数据的重要手段，是卫星遥感与航空遥感的强有力补充，开始得到广泛的应用[4]。低空无人机遥感技术相对于卫星遥感应用于海岸带规划的数据采集具有无可比拟的优势，主要体现在以下几个方面：

（1）现势性好。在海岸带规划数据获取过程中，利用传统卫片是存档的影像图，这些影像图具有历史现势性，不能反应当前翔安海岸带最新的地貌现状，比如正在建设的翔安机场、翔安新区等一大批大型基础建设项目的开展，地表变化较大。而新型的低空无人机遥感技术可以随时在翔安区海岸带定点航拍，获取地表变化大的最新地物地貌状况，使采集的规划数据最具时效性。

（2）高分辨率。传统卫星遥感是高空间遥感、高光谱遥感和高时间遥感，受空间距离大因素的影响，所得到的是低分辨率、低清晰度的影像图。低空无人机遥感技术在提高分辨率方面具有独特的优势，低空无人机可以飞得足够低，在近地面进行航拍摄影，获取足够高分辨率、高清晰度的地面影像图。

综上所述，从现势性、分辨率以及调查效率等方面具体分析，采用低空无人机技术辅助遥感进行翔安海岸带规划是非常有必要的。因此，本文主要研究低空无人机配合遥感在翔安海岸带规划应用的效益性。

2 海岸带规划应用遥感无人机航拍技术的设计方案

2.1 无人机航拍技术构成

低空无人机是指具有动力装置，不载操作人员，携带多种设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶飞行器[5]。低空无人机根据形状体积的不同，分为大型无人机；中型无人机；小型无人机。根据机翼种类的不同，分为固定翼无人机；旋转翼无人机。其中旋转翼无人机分为直升机和多旋翼无人机等，多旋翼无人机又包括四旋翼、六旋翼和八旋翼等。本文的主要研究内容是旋转翼无人机中的四旋翼无人机。该无人机主要由飞行器系统、飞行控制器系统、传感系统和信息获取系统构成。其中飞行器系统是无人机航拍的基础，是飞行动力提供及飞行的执行部分，也是搭载摄像机进入高空的载体；控制系统是在无人机起航升空和降落着地时，通过控制各旋翼的动力来改变无人机整体驱动力方向和大小从而控制无人机的上升、下降、转弯等飞行姿态；传感系统可以量测飞行器在空中的飞行角度、加速度、瞬时速度等空中姿态，让操控者了解飞行实时状态，确保飞行安全；信息获取系统包含360°无死角旋转的云台和高分辨率摄像头，均是获取高质量航拍数据的保证。

2.2 设计方案的技术路线及数据采集

首先获取翔安区地理空间数据影像图和空间布局规划图，具体包括经过图形、几何坐标纠正后的遥感影像图以及翔安空间布局规划图的规划区范围和道路框架图；叠加上最新拍摄的低空无人机实地调查获得高清视频影像、超大宽幅影像和地理坐标影像资料，作为历史与现状资料。然后对翔安海岸线的历史、现状、布局及地理区位进行综合分析；最后得出海岸线规划和海岸带功能区划分，输出海岸带规划专题地图。具体技术路线如图1所示。

图1 技术路线

获取翔安地理空间数据影像图和空间布局规划图后，在航拍外业数据获取过程中，重点是开展外业实地调查。低空无人机飞行高度可达600 m，直线最远距离2 km，为翔安海岸带提供高效便捷的调查工具。接到任务后，低空无人机可对调查区域进行快速数据采集。本文以”DJI Inspire 1”型四旋翼无人机进行航拍采集数据，低空无人机航拍摄影数据获取主要包括任务及需求分析、资料收集与整理、飞行场地选择、飞行方案设计、起飞前和着落后飞行设备系统检查、飞行质量和数据质量检查、飞行资料整理等步骤。其中飞行方案设计中包含：选取低空无人机航行方式、确定云台摄影角度和方式以及制定无人机最佳航拍路线；检查飞控系统中，还包含舵身、空速、转速、旋翼等的检查，智能电池、纠正云台相机以及GPS定位、遥控显示器等检查。同时，在数据采集中，着重对翔安海岸带马巷镇的琼头村，新店镇的刘五店港和蔡厝村，大嶝街道的田乾村、蟳窟村、嶝崎村，小嶝岛的小嶝村等7个复杂海岸带区域进行无人机航拍外业工作。

2.3 无人机航拍技术数据分析与决策

老头子说话像吵架一般。王婆给平儿缝汗衫上的大口，她感动了，想到亡国，把汗衫缝错了！她把两个袖口完全缝住。

高清视频影像，具有高分辨率、高清晰度的特点，能够提供野外人工难以到达的区域的数据，可作为野外调查重点属性内容，也是规划汇报与咨询沟通的媒介。受到无人机动力电池的使用时间限制以及翔安区海岸带地貌植被等地理要素面积较大等因素，无法通过一次飞行完成大片的地理要素的航拍视频数据的获取工作，因此，在无人机获取多段航拍视频后，需要利用Adobe Premiere Pro CS6视频剪辑软件进一步对航拍视频进行后期的剪辑制作，主要包括视频剪辑、添加文本说明、添加背景音乐等。

大宽幅影像，能够快速辨别大面积的海岸带全景图，可以作为地理坐标影像纠正的基础图件和编制规划展示图册。大宽幅影像是在Photoshop软件下，将相邻的具有一定重叠区域的两幅或多幅图像进行拼接，从而完成大宽幅全景影像图。拼接过程包括图像预处理、图像配准、图像融合三大步骤。

地理坐标影像可以叠加遥感影像图作为重要地物识别的标志。地理坐标影像指正射影像图的地理坐标纠正，是在ArcGIS软件基础上将正射投影图纠正成为具有一定坐标方向的专题正射影像图，并成功验证地理坐标影像的准确性；最后，在纠正后的正射投影图进行测距、量测面积，为规划提供数据和专题地图准备。

翔安海岸线类型规划依据，具体到沿岸线各个乡镇为：马巷镇中，由于沿岸空间布局为商住用地、工业用地和村镇居民用地较为密集，岸线类型规划以休闲、科普以及生态的修复与保护为主的生态岸线和生活岸线；新店镇中，在满足必要的生态保护和工业、养殖业生产需求，尽量以生活岸线为主；大嶝岛镇，该镇是以岛屿为主，主要促进海岛生态保护、旅游开发与对台合作与交流，调节机场建设带来的强热岛区微气候变化，因此，岸线规划以生态岸线和生活岸线为主[6]。

规划采取的方法是：基于QuickBird影像（0.61 m）作为背景数据，辅助以SPOT影像数据以及低空无人机影像资料，通过遥感现状数据解译量算，翔安海岸线长度为78.65 km。按规划依据并进行综合分析，海岸线规划为23段：生活岸线10段总共38.20 km，生态岸线8段总共28.50 km，生产岸线5段总共11.95 km，翔安海岸线类型的具体空间分布及详细统计情况如表1所示。

表1 岸线功能划分分段统计

最后，对翔安海岸线功能类别进行数据综合分析处理，输出制图，得到沿海岸带3个乡镇的海岸线功能类型的类别规划如图2所示。

翔安海岸带功能分区规划依据：以翔安空间布局规划图的规划区范围和道路为框架，基于对历史、现状和规划数据对用地类型识别，将道路以外的区域按生态功能分区、生产功能分区、生活功能分区3类功能分区。其中，生态功能分区包括生态红线划定区、公共绿地、生产防护绿地、水域以及山体5个子类；生产功能分区包括一类工业用地、二类工业用地、仓储用地、对外交通用地、特殊用地、耕地、和发展控制用地7个子类；生活功能分区包括一类居住用地、二类居住用地、市镇设施用地、村镇居住用地、道路广场用地、行政办公用地、商业金融用地、文化设施用地、医疗卫生用地、教育科研设施用地、中小学用地以及体育用地12个子类。最终，得到翔安海岸带功能分区规划图，如图3所示。

图2 海岸线类型规划

图3 海岸带功能区域规划

3 海岸带规划应用遥感无人机航拍技术的评估与前景

3.1 规划应用的评估

本文充分探讨先进的低空无人机航拍技术配合遥感卫星影像，为翔安海岸带数据采集提供较为捷径的途径。该技术在数据调查与规划方面具有诸多技术增强作用，并且论证该技术的可行性和实用性，为海岸带信息采集工作提供了可靠参考：

（1）论述低空无人机的构成以及数据处理方法，为翔安海岸带规划进行高效的数据采集提供了坚实的理论依据。

（2）在Adobe Premiere Pro CS6，Photoshop，ArcGIS软件的支持下对无人机影像进行高清视频制作、大宽幅影像拼接以及地理坐标影像纠正，为规划提供大量的数据采集成果，同时还可对规划成果进行审核和修改。

（3）采用卫星遥感数据在无人机数据成果的支持下开展海岸带发展规划，验证了低空无人机技术在项目开展的经济适用性，为推进低空无人机在海岸带调查与规划提供了技术借鉴。

（4）低空无人机的稳定性、飞行姿态以及摄像头角度的原因，均会影响到数据的成果。因此，在海岸带数据获取过程中每一步都要保证质量。

总之，本文通过科学的方法研究，其结果证实了低空无人机配合遥感影像在海岸带规划中具有增强数据采集、整理、归档的高效性和实用性。

3.2 无人机应用前景

在信息的获取方面，本文采用低空无人机上光学相机进行影像和视频的拍摄，今后监测与管理中搭载多元的传感器，如搭载Lidar，在满足进行生产精细规划的同时，高效快速生产二维、三维的海岸带地形测绘产品。再如，搭载热红外线传感器，可用于海岸带搜救。

在信息资源的开发方面，利用空间数据库与Web-GIS技术，对规划的基础数据和成果资料进行整合构建，开发相应的GIS系统，为今后政府部门和公众参与执行海岸带规划和管理提供技术支撑。

注：本文通讯作者为郑渊茂。

[1]孙荣生.海岸带规划与开发利用若干问题讨论[J].海岸工程，1985（1）：78-83.

[2]杨英法.生态建设、古城保护与经济发展间互促共进机制的构建[J].中国环境管理干部学院学报，2015（1）：23-26.

[3]高珊，傅命佐，马安青.3S技术在海岸带调查中的应用[J].海洋湖沼通报，2009（4）：110-122.

[4]金伟，葛宏立，杜华强，等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息，2009（1）：88-92.

[5]吕厚谊.无人机发展与无人机技术[J].世界科技研究与发展，1998（6）：113-116.

[6]王如松，周启星，胡聃.城市生态调控方法[M].北京：气象出版社，2000.

Application of UAV remote sensing aerial photo technology in coastal zone planning

HE Yuanrong，ZHENG Yuanmao
（College of Computer and Information Engineering，Xiamen University of Technology，Xiamen 361024，China）

With the technology progress and the increase of market demand，the remote sensing image of some traditional satellites has the disadvantages of low resolution，difficult interpretation，poor present situation，which has unsatisfied application effects in coastal zone investigation and planning under the conditions of complicated terrain.The UAV remote sensing technology is a novel technology which is composed of UAV and remote sensing technology，and has many technology enhancement effects in the coastal zone investigation and planning.Depending on the actual project of Xiang’an coastal zone planning in Xiamen，the coastal zone video and image field photographing are conducted with DJI inspire1 low-altitude UAV remote sensing technology，and then mosaic and revision of the wide-range data and video processing are carried out with the software support of Adobe Premiere Pro CS6 and Photoshop.With the support of ArcGIS software，the drawing and comprehensive analysis of the coastal zone function planning were completed.The application results verify that the UAV aerial photo technology has good economic applicability in the planning project of coastal zone.

UAV remote sensing；Adobe Premiere Pro CS6；Photoshop；Xiang’an coastal zone planning

TN926-34；TP7

A

1004-373X（2015）23-0024-04

10.16652/j.issn.1004-373x.2015.23.007

何原荣（1977—），男，福建龙海人，博士后，副教授。研究方向为地图制图学与地理信息工程。

郑渊茂（1991—），男，福建龙海人，硕士生。研究方向为导航信息工程。

2015-06-19

国家自然科学基金面上项目：“气候变化下的沿海城市空间形态应对策略及规划应用研究”的研究成果（43171205）