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无人机低空摄影测量数据处理及应用

发表时间：2020/10/15 来源：《基层建设》2020年第19期作者：裴宏伟

[导读] 摘要：数据处理效率与质量将直接决定无人机低空摄影测量技术应用的广度与深度，为了使低空摄影测量技术更好地服务测绘生产，需要研究低空摄影测量数据处理方法及流程，并在此基础上探索出不同行业中低空摄影测量技术的应用模式。

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        摘要：数据处理效率与质量将直接决定无人机低空摄影测量技术应用的广度与深度，为了使低空摄影测量技术更好地服务测绘生产，需要研究低空摄影测量数据处理方法及流程，并在此基础上探索出不同行业中低空摄影测量技术的应用模式。本文针对数字摄影测量软件的数字正射影像（DOM）制作、高精度数字高程模型（DEM）的构建以及大比例尺倾斜影像图的制作，研究了一种低空摄影测量数据处理流程及关键技术细节，并通过低空摄影测量实测数据，应用航天远景摄影测量系统实现DOM与DEM制作。
        关键词：无人机；低空摄影测量；数字正射影像；数字高程模型
        1基于航天远景摄影测量系统的无人机低空摄影测量数据处理
        基于航天远景数字摄影测量系统的数字正射影像（DOM）制作、高精度数字高程模型（DEM）的构建是目前较为先进的一种低空摄影测量数据处理技术。在实践中获取DEM，可以直接利用GPS、全站仪等仪器实地测量；也可以通过各种方式获得的DLG数据，编辑获得DEM。从精度比较上来说，通过3种方式都得到的DEM精度都能达到规范要求，但是无人机低空摄影测量测图效率高、用人成本低和产品丰富。相比于其他的软件，有着自身的独特性的功能，是其他方法手段无法比拟的。Dat Matrix数码新空三系统支持普通光学航摄相机、可量测数码相机和非量测数码相机等各种传感器；支持TIF、JPG、PIX、IMG等多种影像数据格式；且支持PATB、BINGO国际上公认的平差软件进行数据平差。Dat Matrix除了半自动量测控制点之外，其他所有作业如：连接点提取、内定向等都可以由软件自动完成。在很大程度上减轻了工作量，提高了效率。Dat Matrix数码新空三是一种空中三角测量系统，它是由航天远景公司自主开发的系统。其计算测区中所有影像的所有加密点的地面坐标和外方位元素是利用少量地面控制点来完成的。在Dat Matrix数码新空三模块中，首先需要准备无人机低空摄影数据，然后创建航带，工程内定向，提取、编辑连接点，刺入控制点平差解算，最后导出XML文件。
        1.1数据准备
        本文利用航天远景软件公司提供的无人机低空摄影测量数据进行处理。该示范区位于某一平原地区，大部分面积为农田，还有少部分为聚集在一起的平房所形成的村庄。地势相对平坦，视野开阔，布局清晰。影像中大部分地物无明显变形，达到影像处理标准。
        1.2创建航带
        航带就是沿着某一方向进行航空摄影，获取的前后相互重叠的影像序列。在Dat Matrix中新建工程，基于已有的数据创建一个工程，此时就需要分别对基本信息和航带信息进行设置。新建的工程在工程列表中显示，全局显示窗口里实时刷新显示生成的小影像，输出窗口里也实时显示操作信息。
        1.3内定向
        内定向就是根据像片的框标和相应的摄影机检定参数，恢复像片与摄影机的相关位置，用于建立像片坐标系。
        执行“内定向”操作前，需要为工程的所有影像指定正确的扫描分辨率。此次无人机数据的扫描分辨率为0．00641。
        DAT Matrix中参数编辑包括相机文件参数，控制点文件参数和POS文件参数。编辑相机文件可以采取手工输入的方式，还可以导入已有的相机文件。此次试验应用数据含有相机文件，可直接导入相机文件。与编辑相机文件相同，编辑控制点也有两种方式，一种手动，一种导入。此次试验数据中提供了控制点文件，可直接导入控制点文件。相机文件和控制点文件都有一定的格式要求，在数据处理时应注意文件格式的正确。
        对于数码影像，可以进行自动的内定向（提示：内定向的同时会自动刷新像片坐标）。内定向完成后，全局视图窗口中，内定向成功的影像的中间显示蓝色的投影中心标记。
        1.4连接点自动提取
        自动转点是软件自动提取连接点的过程，航测的核心就是不同像片匹配同名点。工程的所有影像有了内定向信息之后，可以执行自动转点操作。此过程较慢，需耐心等待读条。自动转点会生成工程文件夹。

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        1.5交互编辑
        转点完成后，影像上会出现很多蓝色的点，并且自动重新加载工程，点窗口里会显示所有点的信息。可在全局视图中的“平铺”模式下，查看连接点是否缺失。在连接点编辑前对影像旋转设置显示（不改变影像文件），根据需要还可调整航带顺序，航带内影像的顺序，使整个工程的影像按上到下，左到右重叠顺序排列显示，便于查看、添加、编辑点。
        添加控制点时，根据试验数据给出的控制点点位图来进行控制点的刺入，且至少刺入3个控制点（控制点点号只能选择指定）。控制点的添加可以放大相应影像，找准控制点的位置刺入，且给出的控制点多是在影像中比较容易准确定位的位置。比如，此数据给出的多为农田的分割处，房屋的楼角等。
        1.6刺入控制点平差解算
        以一定精度测得该点平面位置、高程和（或）重力加速度等数据的固定点是控制点。本试验中，刺入18个控制点完成后，即可利用PATB软件进行平差解算。在PATB软件平差解算过程中，会出现误差较大的争议点，可以按照误差大小进行排序，并删除误差较大的点。如此不断地反复进行，直到没有争议点出现。平差解算完成后，在全局视图中平铺，变成拼接状态，可拼接显示全局图。
        1.7导出XML文件
        平差完成满足定向精度后，需要输出空三成果，软件直接生成供航天远景软件程序识别的Map Matrix工程文件，工程文件里记录了影像的定向信息，每张影像的像点信息等。MapMatrix系统是基于航空，卫星遥感，外业等数据进行多源空间信息综合处理的平台。它不但为基础数据生产，加工和处理提供了一系列集成的工具，而且还采用了统一的数据管理接口将处理的数据有效的管理起来，为后期数据共享和增值提供基础。Map Matrix系统支持不同坐标系统之间的转换；支持Dat Matrix，Jx-4，Viruozo等国内常见的空三结果的导入；还支持可视化测区，模型管理。用Map Matrix软件，打开前面从DAT Matrix中导出的XML成果文件。对立体像对进行核线重采样。选中需要进行匹配的模型节点，然后进行影像匹配，系统将根据设定的核线范围自动进行影像匹配。为了简化操作、节省时间，影像匹配也可以进行批处理。匹配完成后，系统会在输出窗口给出“完成”的提示，表示影像匹配完成。
        1.8生成DEM和DOM
        在Map Matrix中，操作完成核线重采样和影像匹配后，全自动生成DEM，并且支持特征点线面采集构建TIN。根据不同的需求，可以通过编辑不同参数进行重采样生产不同格网间隔的DEM或不同投影带的DEM。存在粗差的DEM点要反复进行匹配，直到消除。如果生成的DEM质量不好，可以进行人机交互编辑。DEM生成完以后，利用已有的DEM自动生成DOM。DEM质量的好坏会直接影响DOM成图的质量。如果正射影像的某些区域存在变形，在Map Matrix中可以通过对应的纠正过的原始影像进行修复。
        2结语
        本文以航天远景软件公司提供的无人机影像为实验区，对无人机影像数据进行处理。通过航天远景公司软件处理影像，得到DEM和DOM方便快捷，节省人力物力，且无论是空三解算，还是DEM、DOM的成图时间短、效率高、精度高。本文具体的研究工作如下：①原始低空摄影测量影像数据筛选。②利用航天远景数字摄影测量系统进行数据处理。基于DatMatrix和MapMatrix进行低空摄影测量数据处理，最终得到理想的DOM与DEM。随着科学技术的发展，无人机飞控技术会更加成熟，无人机的航程和有效载荷也会增加，其应用领域会进一步拓展。
        参考文献：
        ［1］肖波，朱兰艳，黎剑，等．无人机低空摄影测量系统在地质灾害应急中的应用研究———以云南洱源特大山洪泥石流为例［J］．价值工程，2013（4）：281-282．
        ［2］尹杰，杨魁．基于无人机低空遥感系统的快速处理技术研究［J］．测绘通报，2011（12）：15-17．
        ［3］贾维花，吕宜平，张之武．基于ERDAS8．7LPS模块正射影像图的制作［J］．测绘与空间地理信息，2007（6）：39-43．