徐顯林

大連智慧星云科技有限公司 遼寧沈陽 110034

1 無人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造和特點(diǎn)

無人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造主要有：飛行平臺(tái)、地面數(shù)據(jù)站、飛行控制系統(tǒng)等等，相比較于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)具有很多方面的優(yōu)勢(shì)。第一是無人機(jī)的測(cè)繪有著非常強(qiáng)的后續(xù)處理能力，并且可以在后續(xù)處理的同時(shí)根據(jù)實(shí)際的需求而不斷提高數(shù)據(jù)處理能力。由于無人機(jī)的自身體積比較小巧，在便利性上也有很多優(yōu)勢(shì)。相對(duì)而言對(duì)于場(chǎng)地的要求也就沒有那么苛刻。在對(duì)于信息的采集上也具備一定的優(yōu)勢(shì)，由于無人機(jī)飛行的高度比較低，在對(duì)于大比例尺測(cè)繪的地區(qū)可以采集到非常清晰的影像，所以應(yīng)用范圍非常廣泛。由于無人機(jī)的操控一般不需要很多工作人員的參與也就極大地降低了測(cè)繪的人力成本。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，無人機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，將無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)和地形圖測(cè)繪工作的需求有機(jī)地結(jié)合起來，可以非常有效地提升航空測(cè)繪的效率和便捷性。在無人機(jī)的測(cè)繪過程中，要按照預(yù)先設(shè)定好的程序來進(jìn)行操作，對(duì)于飛行的路線以及根據(jù)地形地貌來配置無人機(jī)，由于在測(cè)繪過程中對(duì)于無人機(jī)的穩(wěn)定性要求相對(duì)比較高，要充分利用好無人機(jī)的自動(dòng)駕駛控制能力，來不斷滿足無人機(jī)測(cè)繪對(duì)于精度的要求[1]。

2 自然資源規(guī)劃中無人機(jī)航測(cè)大比例尺地形圖數(shù)據(jù)精度改善策略

2.1 無人機(jī)航測(cè)控制點(diǎn)合理布設(shè)

在應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖的測(cè)繪時(shí)，首先需要合理布設(shè)無人機(jī)航測(cè)的控制點(diǎn)。在布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)應(yīng)結(jié)合測(cè)區(qū)的實(shí)際地形條件以及大比例尺地形圖測(cè)繪任務(wù)的具體要求來合理選擇控制點(diǎn)的位置，并科學(xué)確定控制點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量，以確保無人機(jī)能夠高效地完成圖像數(shù)據(jù)的采集。例如，第一條以及最后一條航線在其相對(duì)平面內(nèi)的像控點(diǎn)布設(shè)基礎(chǔ)應(yīng)控制在8 個(gè)以內(nèi)。當(dāng)待測(cè)區(qū)域具有微丘陵地形特征時(shí)，在測(cè)設(shè)測(cè)繪基線時(shí)，其數(shù)量應(yīng)控制在12 個(gè)以內(nèi)。而當(dāng)待測(cè)區(qū)域?yàn)橹厍鹆陞^(qū)域時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)增加基線的數(shù)量，一般可以設(shè)置16 個(gè)左右。同時(shí)，在設(shè)置無人機(jī)航測(cè)的像控點(diǎn)時(shí)還應(yīng)充分考慮既有航線以及不規(guī)則網(wǎng)等因素，當(dāng)控制網(wǎng)為不規(guī)則形狀時(shí)，應(yīng)考慮其端點(diǎn)四周的雙點(diǎn)特征等因素，避免由于像控點(diǎn)設(shè)置不合理影響無人機(jī)航測(cè)影像數(shù)據(jù)采集的精度和全面性。當(dāng)待測(cè)區(qū)域地形條件比較復(fù)雜，無法選擇明確的像控點(diǎn)目標(biāo)時(shí)，最后在設(shè)置高程點(diǎn)時(shí)也可以選擇小型目標(biāo)，并通過分段擬合方式來實(shí)現(xiàn)局部檢驗(yàn)的目的，從而在保證準(zhǔn)確獲取物體頂點(diǎn)以及交點(diǎn)位置信息的基礎(chǔ)上提高影像采集的清晰度，為后續(xù)的大比例尺地形圖的繪制工作奠定良好的基礎(chǔ)[2]。

2.2 尺度旋轉(zhuǎn)不變的無人機(jī)影像匹配

一個(gè)質(zhì)量好、精度高的特征點(diǎn)，對(duì)于影像間尋找同名點(diǎn)，轉(zhuǎn)點(diǎn)均十分重要。目前常用的方法主要有利用角點(diǎn)算子一階微分和圖像在邊際處的階躍性；二階微分算子和圖像的階躍性使圖像微分在邊緣處會(huì)有零值；基于Canny 算子檢測(cè)邊緣等。不同算子有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但在無人機(jī)飛行時(shí)，飛機(jī)的姿態(tài)角是不穩(wěn)定的，導(dǎo)致所獲取像片出現(xiàn)一定的傾斜，重疊影像間的同名點(diǎn)并非完全一致，會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、縮放、扭曲變形等幾何變化。因此，傳統(tǒng)的根據(jù)灰度值的階躍性提取特征點(diǎn)并不是十分適宜無人機(jī)航測(cè)的特征檢測(cè)?，F(xiàn)實(shí)生活中的道路及房屋、圍墻拐角、道路十字路口和丁字路口等，在無人機(jī)航測(cè)影像中均可以很好地展現(xiàn)出來，這些現(xiàn)實(shí)生活中的角點(diǎn)也是影像中的角點(diǎn)，用于無人機(jī)航測(cè)影像的特征點(diǎn)的提取可以獲得較好的效果，主要是因?yàn)橥ǔＧ闆r下影像角點(diǎn)所在區(qū)域是影像里比較穩(wěn)定的區(qū)域，這些區(qū)域往往具有一些特性（旋轉(zhuǎn)不變、尺度不變等），常用的算法有SIFT 算子、SURF 算子和MESR 算子等。SIFT 特征提取是基于真實(shí)地物自身的一些局部外觀興趣點(diǎn)，與影像的大小、旋轉(zhuǎn)無關(guān)；對(duì)于光線、噪聲、微視角變化的容忍度高，廣泛應(yīng)用于物體辨識(shí)、影像縫合和3D 建模中。SURF 算法將DoH 中高斯二階微分模板化，使模板對(duì)圖像的濾波僅需要簡(jiǎn)單的加減即可完成，與濾波模板尺寸無關(guān)，提高了尺度不變特性的檢測(cè)速度。MSER 算法為區(qū)域特征提取算法，其原理是當(dāng)使用不同的灰度閾值對(duì)圖形進(jìn)行二值化時(shí)得到最穩(wěn)定的區(qū)域，對(duì)圖像灰度的仿射變化有一定的不變性，區(qū)域的支持集相對(duì)灰度變化較為穩(wěn)定，可以檢測(cè)出不同精細(xì)程度的區(qū)域。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)中無人機(jī)航測(cè)影像易變化的特點(diǎn)，特征點(diǎn)的提取算法采用更為穩(wěn)定的SIFT 算法，雖然在速度上不及SURF 算法，但是隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提升，并不會(huì)對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率造成很大的影響。結(jié)合以上的論述，本文利用MATLAB 編寫算法對(duì)影像的特征進(jìn)行匹配，對(duì)圖像進(jìn)行尺度和旋轉(zhuǎn)的變化，再使用SIFT 算法對(duì)變化后影像進(jìn)行特征提取，并與原始影像進(jìn)行匹配[3]。

2.3 航測(cè)數(shù)據(jù)處理分析

在應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)大比例尺地形圖進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)的處理。首先，要合理選擇無人機(jī)獲取的航測(cè)影像，并對(duì)控點(diǎn)圖像進(jìn)行篩選分組處理，在各組次中均應(yīng)保證有照片6 張，且應(yīng)將影像信息輸入到模型中。然后由建模軟件系統(tǒng)自動(dòng)完成影像信息的處理，并將最高精度的圖像挑選出來，同時(shí)還要對(duì)像控點(diǎn)中的刺點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其次，應(yīng)利用點(diǎn)云加密以及空三解算等方法來計(jì)算數(shù)據(jù)信息。目前在無人機(jī)航測(cè)中可以自動(dòng)完成空三加密處理，并利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)篩選超限點(diǎn)位。同時(shí)還可以根據(jù)不同的測(cè)繪要求通過人工方式來確定點(diǎn)位密集度，并根據(jù)點(diǎn)位顯示狀態(tài)的不同來分別呈現(xiàn)不同類型目標(biāo)對(duì)象的三維模型。這種空三加密方式能夠更好地滿足復(fù)向地形條件下的數(shù)據(jù)加密處理要求，能夠進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化水平以及處理效率。

3 結(jié)語

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)不僅有著較短的測(cè)繪周期，操作便攜性方面也較傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量更具優(yōu)勢(shì)，整體測(cè)繪成本更低，并且具有廣闊的應(yīng)用前景。目前已在很多實(shí)地測(cè)繪工作中得到應(yīng)用。經(jīng)過長(zhǎng)期應(yīng)用的積累，證實(shí)其能夠在大比例尺地圖測(cè)繪中取得較為理想的效果。