李鳳娟

（1.甘肅省地圖院，甘肅 蘭州 730000）

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)作為一種新型的高效低空遙感影像獲取技術(shù)，擁有高機(jī)動(dòng)性、低成本、實(shí)時(shí)對(duì)地觀測(cè)等眾多優(yōu)勢(shì)，在土地整治、工程測(cè)繪、應(yīng)急測(cè)繪保障等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。但無(wú)人機(jī)空中姿態(tài)穩(wěn)定性差，拍攝影像存在傾斜、變形、色彩不均勻等缺點(diǎn)，常規(guī)的空三軟件很難或無(wú)法順利處理無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)。本文結(jié)合天水市土地整治項(xiàng)目需求，針對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)從影像快拼圖制作、像控點(diǎn)布設(shè)、空三加密到后期各種地形圖件的制作技術(shù)進(jìn)行了研究探索。

1 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)生產(chǎn)方案

根據(jù)天水土地整治項(xiàng)目的需求，首先使用無(wú)人機(jī)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行航空攝影，通過每張像片的概略攝站坐標(biāo)制作測(cè)區(qū)快拼影像圖，然后進(jìn)行野外像控點(diǎn)的施測(cè)，完成空三加密后生產(chǎn)DOM和DLG，如圖1所示。

2 像控點(diǎn)布設(shè)

本測(cè)區(qū)位于甘肅省天水市，為黃土高原地貌，地形類別屬于山地。測(cè)區(qū)選用LT-150測(cè)量鷹航拍無(wú)人機(jī)，搭載Canon EOS 5D MarkⅡ相機(jī)。測(cè)區(qū)共飛行8條航線，共328張影像，面積約20 km2，地面分辨率為0.18 m，航向重疊度約為75%，旁向重疊約為40%，按4～5條基線間隔布設(shè)83個(gè)像控點(diǎn)，在測(cè)區(qū)內(nèi)部均勻布設(shè)21個(gè)檢查點(diǎn)。

3 空三加密

1）資料準(zhǔn)備。處理無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)前需要準(zhǔn)備的文件包括原始影像數(shù)據(jù)、像控點(diǎn)成果、POS數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)等。無(wú)人機(jī)相機(jī)參數(shù)不同于量測(cè)型相機(jī)，需提供相機(jī)像主點(diǎn)坐標(biāo)、相機(jī)焦距、像元大小、畸變差系數(shù)、CCD 非正方形比例系數(shù)、CCD 非正交性的畸變系數(shù)。

2）畸變差校正。無(wú)人機(jī)一般采用非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，物鏡畸變差較大，如果不考慮影像畸變直接使用，將影響空三精度，降低測(cè)圖精度。因此，做空三加密之前必須對(duì)無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行畸變差校正。

3）基本參數(shù)設(shè)置。設(shè)置正確的相機(jī)文件，導(dǎo)入畸變校正后的影像，建立正確的航帶信息，確保影像之間相對(duì)關(guān)系正確。

4）全自動(dòng)連接點(diǎn)量測(cè)。構(gòu)建測(cè)區(qū)自由網(wǎng)利用SIFT特征的旋轉(zhuǎn)、微小仿射變換不變性的性質(zhì)，從金字塔影像上提取匹配點(diǎn)對(duì)，解決了無(wú)人機(jī)影像的旋轉(zhuǎn)角大、航向重疊度不規(guī)則的問題，通過穩(wěn)健的誤匹配剔除方法，為后續(xù)精匹配提供良好的初值，并得到了立體像對(duì)的初始外方位元素，使得二維匹配變?yōu)榻埔痪S搜索，提高了匹配的效率和可靠性；采用Forstner算子提取焦點(diǎn)、圓點(diǎn)等明顯特征，同時(shí)劃分均勻格網(wǎng)保證了點(diǎn)位分布的均勻性；采用最小二乘匹配使得結(jié)果更加準(zhǔn)確[2]。連接點(diǎn)提取完成后，進(jìn)行自由網(wǎng)平差，剔除自由網(wǎng)中的粗差點(diǎn)并查看自動(dòng)點(diǎn)點(diǎn)位略圖，若點(diǎn)位分布不均勻或缺少標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位點(diǎn)，則需手動(dòng)添加連接點(diǎn)。

5）區(qū)域網(wǎng)平差。導(dǎo)入外業(yè)控制點(diǎn)坐標(biāo)，軟件自動(dòng)根據(jù)攝站點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)將外業(yè)控制點(diǎn)計(jì)算到對(duì)應(yīng)像片上，但在實(shí)際使用中，無(wú)人機(jī)攝站點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)精度一般較低，自動(dòng)計(jì)算的控制點(diǎn)位置存在較大誤差。在本次項(xiàng)目中首先正確觀測(cè)四角的地面控制點(diǎn)，然后進(jìn)行控制網(wǎng)平差，再逐一立體觀測(cè)其他像控點(diǎn)，仔細(xì)分析平差報(bào)告，剔除粗差，確保每個(gè)像控點(diǎn)的觀測(cè)點(diǎn)位與控制片的刺點(diǎn)位置一致，最后輸出空三加密成果，即輸出加密點(diǎn)的大地坐標(biāo)和影像的外方位元素。

6）精度分析。測(cè)區(qū)內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)中誤差如表1所示。通過分析，精度滿足1︰2 000地形圖測(cè)繪的要求。

表1 測(cè)區(qū)內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)中誤差

4 DOM和DLG成果

由于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)像幅較小，像片數(shù)較多，采用支持多線程、并行處理的影像處理軟件完成高精度DEM的匹配、修測(cè)和DOM的制作，利用攝影測(cè)量工作站，制作DLG。具體成果如圖2、圖3所示。

圖2 正射影像圖

5 常見問題的處理方法

1）在制作影像快拼圖時(shí)，要注意將影像旋轉(zhuǎn)到正確方向，設(shè)置好與POS數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖3 黑王寨局部數(shù)字線劃圖

2）在處理無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)前，需對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行正確分析，在不造成攝影漏洞的前提下，剔除影像質(zhì)量不好、航線端頭旋偏角較大的影像數(shù)據(jù)，以免后續(xù)影像連接點(diǎn)匹配失敗。

3）在布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，一般可按4～6條基線布設(shè)，在測(cè)區(qū)交通方便處均勻布設(shè)一定數(shù)量的檢測(cè)點(diǎn)。

4）為提高平差精度，建議在處理過程中采用二級(jí)優(yōu)化策略。首先根據(jù)原始POS信息，自動(dòng)匹配連接點(diǎn)構(gòu)建測(cè)區(qū)自由網(wǎng)，優(yōu)化初始外方位元素，然后根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行第2次自動(dòng)連接點(diǎn)匹配，最后進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算。

5）在平差過程中，部分影像可能由于質(zhì)量較差或缺乏紋理，自動(dòng)匹配的連接點(diǎn)稀少。為了增強(qiáng)區(qū)域網(wǎng)連接力度，需人工添加連接點(diǎn)。

6）為了提高區(qū)域網(wǎng)可靠性，控制點(diǎn)可按雙點(diǎn)布點(diǎn)，特別是區(qū)域網(wǎng)四角控制點(diǎn)布設(shè)成雙點(diǎn)能顯著增強(qiáng)對(duì)整個(gè)區(qū)域的控制和精度。

7）雖然在空三加密前已對(duì)影像做過畸變差校正，但影像邊緣仍存在變形，應(yīng)盡量避免在像對(duì)邊緣測(cè)圖。

[1]張文博.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在土地綜合整治中的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué),2013

[2]王琳.高精度、高可靠的無(wú)人機(jī)影像全自動(dòng)相對(duì)定向及模型連接研究[D].北京:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院,2011

[3]孫浩.基于PixelGrid 系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)影像空三加密及影像圖制作[J].測(cè)繪與空間地理信息, 2012(8):203-204,207

[4]劉彩麗.基于無(wú)人機(jī)小數(shù)碼航空攝影測(cè)量空三加密技術(shù)在1︰500 數(shù)字化成圖中的研究[J].測(cè)繪技術(shù)裝備,2013(3):8-10

[5]魯恒,李永樹,何敬,等.無(wú)人機(jī)低空遙感影像數(shù)據(jù)的獲取與處理[J].測(cè)繪工程, 2011(1):51-54

[6]任志明.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在成都平原信息快速獲取中的應(yīng)用研究[D].成都:西南交通大學(xué),2011

[7]GB/T 23236-2009.數(shù)字航空攝影測(cè)量 空中三角測(cè)量規(guī)范[S].

[8]GB/T 7931-2008.1︰500 、1︰1 000、1︰2 000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范[S].

[9]GB/T 7930-2008.1︰500、1︰1 000、1︰2 000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范[S].