无人机遥感技术在地形测绘中的运用

王维

摘 要： 随着目前工程建设、卫星导航等领域广泛采用高精度地形图，地形测绘技术开始迅猛发展，卫星遥感和载人飞机遥感技术逐步应用于地形测绘领域，但这些技术由于是在高空取得遥感图像，容易受大气层、雨雾的干扰，造成图像清晰度不高等缺点。为解决这一问题，急需一种新技术作为补充和完善。无人机遥感技术是最近几年发展起来的一项测绘新技术，它采用低空遥感拍摄图像的办法获得地形图像资料，具有操作灵活、使用成本低、测绘精度高的特点，可以解决卫星遥感技术存在的不足。为此本文拟采用无人机遥感技术应用于地形测绘领域，研究无人机遥感技术的工作原理，进行无人机遥感地形测绘实验，探索该项技术能否实成高精度的地形测绘工作。

关键词： 无人机遥感;地形测绘;数据处理

【中图分类号】P237 【文献标识码】B 【文章编号】1674-3733（2020）20-0058-01

1 无人机遥感系统

无人机遥感系统是由无人机飞行技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、GPS 差分定位技术和通讯技术组成，能够快速、准确地得到地面影像资料、地面资源分布、空间环境等信息。

2 无人机遥感系统地形测绘实验

2.1 测绘数据获取

在实际地形选择上，本文选择广西北部山区，山区高程为300-500米，地形情况比较复杂，有丘陵、有高山，同时植被茂盛道路崎岖不利于人工布线测绘。由于云层较厚，这种地形也不利于采用卫星遥感技术进行地形测绘。为此，本文选取无人机遥感系统能够进行低空地形拍摄的特点，采用无人机进行地形测绘。无人机相机型号为佳能EOS 5D MARK，這种相机像素比较高，适合进行山区的遥感测绘。在选定地形之后，通过第二章节介绍的无人机遥感数据获取流程，发射无人机对测绘区域进行摄像，得到遥感数据。

2.2 遥感数据的处理

去云雾、匀色和畸变处理属于数据的前期处理，目的减少数据的干扰，为后面的主要数据处理过程做准备。后期的数据处理过程在第三间节已经有所介绍，主要是进行空三加密，自动提取DEM，由DEM得到正射影像，期间要加入图像拼接和几何校正处理。在空三处理过程中，需要加入野外控制点，由于山区地形基本没有道路，所以在选取少量控制点。本次试验选择了4个控制点，连接4个控制点得到3条连线，计算出线段的距离，根据点的坐标得出点之间的实际距离。将实际距离与线段长度作除法得到图形的缩放比例。选取一个点作为基点，根据计算出的缩放比例放大影像，将其他点移到正确的坐标。

第一步进行空三数据处理，主要工作进行自由网平差和区域网平差。首先做自由网平差，将在空中三角测量中错误或不好的连接点进行删除，目的是为了确保影像之间良好的位置关系，提高区域网平差精度。之后的工作是对控制点进行刺点工作，做区域网平差。完成这两项工作之后可以生成后期制作 DEM、DOM 所需的数据。

下一步是提取DEM，初始数据是空三角测算数据和遥感影像，采用多级金字塔影像生成办法，得到特征点、特征线和格网点三种单元，将这三种单元按金字塔结构，从低层开始，由粗到细、由低到高顺序生成低层影像匹配，然后以低层影像匹配的初值进行调整生成上一层影像匹配。按照这种方式可以逐步完成所有影像匹配，再对匹配后的影像进行粗差消除，并进行内插处理，得到最终的DEM数据。

对于得到DEM数据，经过数据编辑之后，就可以用于制作正射影像数据DOM。对于DEM数据选取像素中心为起点，进行正射纠正，得到初步的正射影像数据，由于得到的正射影像存在模糊、重影等情况，还需要根据原始遥感图像进行对照，进行镶嵌匀色处理，打开ERDAS IMAGINE影像处理软件，选择一种匀色方式对部分质量较差的影像进行匀色处理，提高影像质量。

在得到DOM影像之后，按规范要求，要对生成的DOM 进行质量评定，评定内容包括检查影像质量以及测算数学精度。检查影像质量采用目视方法，通过观察图像画面是否清晰，有无存在毛边等不自然现象，色彩过渡是否贴近实际、图像拼接处是否符合要求。测算数字精度则根据检查点坐标误差得到结果。首先在数字线划图中选择合适的检查点，检查点应当均匀分布，特征明显在图中容易辨别，将检查点坐标与正射影像中相同位置的点的坐标进行对比，计算之间的差值，得到数字精度。根据以下误差公式对坐标对比结果进行测算。

Mx=∑（x-Xi）2n-1

得到正射影像数据之后，就可以进行大比例地形图的制作，对于正射影像中一些被

茂密植物，由扫描仪数据和遥感图像数据可以估算出植物的高度，从而等高线进行调整，得到最终的地形图。

2.3 制作三维立体地形图

在得到平面地形图之后，为进一步直观得到地形效果，可以在此基础上制作三维立体地形图，制作三维立体地形图，除了需要前期得到的正射影像数据外，还需要确定地形形状和高度，进行地物的精细建模。

由于得到无人机遥感图像分辨率很高，可以从图像中看出地物的轮廓。对于那些小的物体如田地、道路，可以将其矢量化来确定物体几何形状。下一步计算出高大物体如房屋的高度，采用的方法可以使用仪器进行测算，在一些高度数据要求不高的情况，可以对照太阳角度以及物体阴影长度进行计算，这种方法虽然精度不高但操作简单，可以节省大量时间。

在确定地物的形状和高度后，就可以进行地物建模，建模地物主要分为三类，分为点状、线状地物、面状地物。点状地物有树、电线杆、路标等。这类地物建模难度不高，可以根据形状粗略建模，也可以使用系统自带模型。面状和线状地物主要有房屋、公路、山区小路等，这类物体物建精度要求更高，在建模时需要准确确定物体的长、宽、高。为了保持三维地形的真实度，对这类地物心理多使用贴图，贴图相片一般选用高清摄像头拍摄的照片，通过相片处理软件提取出地物形状，再通过三维建模软件，将其立体化。通过这种方式能够得到山区地形三维立体地形图。

3 结论

无人机遥感系统作为一项新的测绘技术，虽然存在技术不够成熟，在应用上处于探索阶段，但由于其具有操作灵活、测绘成本低、能够低空拍摄影像等优势，具有广阔的发展前景。本文主要从无人机遥感技术的研究现状、主要技术原理以及具体的无人机遥感地形测绘试验三个方面进行研究，查找无人机遥感技术在具体使用过程中所需要解决的重难点问题，验证将其应用于地形测绘领域的可行性，并对其应用效果进行研究。

参考文献

[1] 阮晓光，殷耀国.TLS地形测绘技术的现状与展望[J].测绘与空间地理信息，2016，39（04）：113-117.