未来智讯 > 无人驾驶论文 > 无人机遥感技能数据特点及其应用

无人机遥感技能数据特点及其应用

发布时间:2018-12-03 01:06:05 文章来源:未来智讯    
    无人机遥感技能数据特点及其应用作者:未知    【摘 要】无人机遥感技能经过国内外近十几年的发展,已成为传统航空摄影测量的有益补充,具有机动灵活、时效性强等技能优势,但相对于传统的航空影像来说无人机影像数据具有其特殊性,选取一般的影像处理技能很难对其进行处理。本文在分析无人机遥感图像数据特点的前基础上,以Pixel Grid软件为例介绍其处理流程,并对其未来的发展应用领域进行了分析概述。
  【关键词】无人机遥感;影像处理;应用
  
  作者简介:谷国涛(1985―),男,河北衡水人,东华理工大学在读硕士研讨生,主要从事3S技能与应用研讨。
  
   0.引言
  随着“数字国土”,“智慧地球”口号的提出以及各种资源和灾情监测的应用要求需要,如何在保持当今社会信息高速发展的同时可以准时有效快捷的明白和获取地表数据成为当前人们研讨的重点所在,长期以来传统的以卫星和航空遥感为手段的航空航天技能手段被人们广泛的应用,但由于受到空域管制、成本时效等各方面因素的限制和制约,在应对各种突发自然灾害和日常的资源调查、动态监测任务时很难提供有效的应对,同时由于航空遥感的成本较高、图像分别率和时效性方面的影响,往往不能满足事务需要。
   1.无人机遥感技能及其影像数据特点
  无人机遥感是利用先进的无人驾驶飞行器技能、遥感传感器技能、遥感遥控技能、通信技能、GPS差分定位技能和遥感应用技能,具有自动化、智能化、专题化快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息,完成遥感数据处理、建模和应用分析能力的应用技能[1]。具有结构大略、使用成本低、起飞迅速等技能优点,成为国内外目前研讨的重点,多被应用于军事领域,近来几十年在民用领域并逐渐被应用于国土、林业、突发地质灾害、土地动态监测等各个领域当中。在民用领域,国内已有多家研讨机构及单位从事基于无人机遥感技能的研讨试验,如中国测绘科学研讨院、中国地质大学、北京大学遥感与地理信息研讨所、中科院沈阳自动化研讨所等,变成了一系列的理论和方法[2]。
  无人机遥感技能作为航空航天遥感技能的有效补充,具有其他遥感技能所无法比拟的独特优势。无人机结构大略、成本较低,具有在云霞低空飞行的能力,补救了卫星等航空摄影技能因气候因素所引起的云层遮挡问题,且起降迅速无需机场,可保证随时待命,可完成各种突发事件的准时有效应对,在短时间内明白灾情,以便分析决策和采取对应的应对措施,可代替有人飞机进行现场侦查事务,降低了人员的危险性,保证了人员平安。在2008年汶川地震、2010年玉树地震等突发地质灾害中对于准时快速的明白震后灾害地区的房屋道路的损毁情况以及各种次生地质灾害如堰塞湖、滑坡、泥石流等的预警和监测情况发挥了重要作用,为各级政府机关明白灾情信息、准时展开生命救援、有效的应对次生灾害和保障人民生命平安提供了第一手的应急资料。
  无人机遥感的影像数据特点:
  ①高分别率遥感影像数据获取能力是无人机遥感的最大特点,系统获取图像的空间分别率达到了分米级,但其影像存在像幅较小,相片数量多,动辄就上千张之多,事务量较大,效率低,影像的倾角过大且倾斜方向没有规律的问题,给连接点的提取和布设带来困难。
  ②无人机遥感平台的稳定性不如有人操纵飞机,受高空风力影响易造成航飞轨迹不准则,局部偏离主航道,这就使得拍摄的影像航向重叠度和旁向重叠度不准则,影像间的重叠度相差加大。
  ③由于无人机携带的不是专门的量测相机,影像的变形较大,单幅相机与地物空间的投射映射关系对照复杂,镜头畸变很大,影像内部几何关系比不稳定,影响的倾斜变形较大,影像间的明暗对比度也不尽相同,同时地面的起伏对像片的影响也较大。
   2.无人机遥感影像的处理流程
  航空影像处理履历了从模拟摄影测量、解析摄影测量到全数字摄影测量3个阶段的发展,每个阶段都是航空影像处理技能的一次飞跃与革新[3]。对传统的航空和卫星影像的数据处理事务已基本完善,但相对应的无人机遥感数据处理技能因其自身特有的技能特点,现阶段还很少有软件可以有效的对其进行有效处理和应用。无人机遥感技能继承了传统航空摄影测量的理论和方法,将非标准传感器数据变换成透视图像,并用专业软件进行处理,具有数据获取和处理的能力。但其自身其获取的影像存在像幅小、数量多、基线短、重叠度不准则且倾角过大等问题又决定了它与传统航片的处理手段的不同,笔者以中国测绘科学研讨院研制的高分别率遥感影像一体化测图系统Piexl Grid 软件为实验,介绍无人机的相关处理流程事务:
  Pixel Grid系统可以针对无人机影像重叠度不规范、像幅较小、相片数量多、倾角过大且倾斜方向没有规律,摄区地形起伏大、高程变化显著等特点,支持非量测相机的畸变差纠正,可以快速拼接成大范围影像图,高效完成无人机遥感影像的测量和观测任务。
  图 1 无人机遥感数据处理流程
  2.1 畸变差纠正
  无人机航空摄影是一种新型的航空影像数据获取方式,由于无人机种类不同以及所搭配的相机不同,其获取数据的质量也不相同。无人机的相机主要是普通的数码相机,其像片存在边缘畸变,在摄影测量过程直至后续的数据处理会带来很多的系统误差[4]。由于无人机是低空摄影其误差主要包含物镜畸变差引起的系统误差,为保证数据与软件的通融性,在进行空三之前对无人机影像进行畸变纠恰是相当必要的,其处理界面如图2所示,其功能主要包括消除像主点偏移和影像畸变,并按照航带排序要求使影像顺时针或逆时针旋转影像。
  图表 1 影像的畸变差纠正
  2.2 空中三角测量
  自动空中三角测量便是利用模式识别技能和多影像匹配等方法代替人工在影像上自动选点与转点,同时自动获取像点坐标,提供给区域网平差程序解算,以确定加密点在选定坐标系中的空间位置和影像的定向参数。主要包括影像自动内定向、全自动相对定向、全自动高可靠性模型连接、航带间初始偏移量确定、全自动模型转点和连接点编辑及量测等功能模块。
  图表 2 影像空三匹配的特征点情况
  2.3 DEM及DOM正射影像生成
  利用平差后解算出的每张影像的外方位元素和相邻影像匹配出的同名特征点生成测区的DEM影像,根据生成的DEM和利用影像匹配时获得的同名点能够进行全图的快速拼接,即可制作出测区的DOM.
  图表 3 生成的正射影像图(DOM)
   3.无人机遥感技能的应用领域及展望
  无人机遥感技能经过近几十年的发展,已经成为航空摄影测量技能的有益补充,作为一种新的遥感平台已得到了广泛的应用。由于无人机遥感的快速高效、起降迅速、可云下飞行、平安可靠和不受气候干扰等技能优点,无人机将在下列方面发挥作用:
  3.1突发事件及灾情监测
  我国是一个地质灾害频发的国家,地质灾害已成为影响社会稳定与经济发展的重要因素。由于地质灾害具有突发性与不可预知性,分布呈小规模、数量多等特点,很难对其进行有效的监测预警。因此当灾害发生时对救援事务最重要的资料便是灾害现场第一手的调查资料,准时对灾区的受灾面积、灾害等级、受损情况、人员被困情况以及相应的次生灾害隐患资料的获取是提高灾害应急救援效率的关键因素[5-6]。卫星遥感因其观测的周期性无法满足灾情监测的需求,而有人飞行器因存在地形复杂、气候恶劣等不可预知因素而具有人员装备平安危险,而无人机可快速飞抵灾区现场、获取灾情,根据拍摄的灾区现场航片情况,能够对照可观的获取现场的客观信息,实现数据的实时传输,在短时间内获取精准的灾区影像图,为灾情的救援打算的制定和展开救援重建提供客观信息。
  3.2资源监测
  资源监测已经由传统的获取资源的数量、位置方面向资源的动态变化监测方向发展, 由于无人飞机能够在任何时间、任何地点获取航拍图像,因此具有很强的时效性,无人机遥感系统的应用将实现资源调查的自动化,目前样地数据的采集主要还是依赖于人工完成,成本高、效率低,动态效果差,应用无人机系统能够大大削减外业事务的成本和时间,提高了监测的正确度,能够更全面正确的反映资源的实际情况,提高资源清查结果的精度,实现了资源地数据的数字化和图像化,提高了基础数据管理的自动化水平。
  3.3水利行业领域
  我国是世界上水土流失最为严重的国家之一,水土流失成为我国主要的环境问题[7]。无人机能够在低空、低速的情况下定时、定点获取研讨区域遥感影像,对研讨区进行拍摄, 航拍的照片真实、直观地反应了研讨区域范围内建设期所造成的水土流失状况、强度及分布情况,可以帮助明白区域水土流失发展趋势、发生特点和现状等, 以便做好区域水土保持事务规划, 加快水土流失治理,为工程生态环境提供宏观的科学数据和决策依据,还能够进行大型水库和堤防工程的建设施工监测事务。
  3.4三维数字城市建设
  随着“数字中国”战略的提出,“数字城市”的建设便应运而生,当前以“数字城市”建设为标志的城市信息化建设正在全国范围内迅速展开。“十二五”期间国家测绘地理信息局将进一步加大数字城市的建设力度,全面推广数字城市的建设。由于常规的航空摄影周期长、成本高已经不能满足用户的需求,而无人机遥感技能具有机动灵活、成本低、风险小、可操作性强等技能优点,且影像建筑物轮廓清晰,彩色逼真,信息较传统航空影像更加丰富,是一种经济适用的数据采集技能方案,所采集的图像数据不但具有传统的航空摄影测量的优点,而且补足了其不足,能够快速方便的获取城市的有关信息及该地区的DEM和DOM,特别符合于城市的快速三维建模。
   4.结束语
  无人机遥感技能作为一种新型的航空摄影测量方式,经过近几十年的发展,已成为传统航空摄影的有效补充,与此同时也存在着临时未解决的技能难点,如何在保持其技能优势的前提下更有效地解决其旋偏角大、影像不准则等影像存在问题是现阶段研讨的重点。随着无人机系统装备的陆续配备,其实用性决定了其必将在未来的航空摄影测量中占据重要的一席之地,也决定了人们对它的研讨和完善将会不遗余力的持续。无人机遥感技能以其独特的技能特点必将在地理国情监测、应对重大突发事件、数字城市建设、国土资源调查、测绘等诸多领域发挥积极作用。
  【参考文献】
  [1]孙杰,林宗坚,崔红霞.无人机低空遥感监测系统[J].遥感信息,2003,(1):49251.
  [2]王琳.高精度、高可靠的无人机影像全自动相对定向及模型连接研讨[D].北京:中国测绘科学研讨院,2010.
  [3]张祖勋.从数字摄影测量事务站(DPW)到数字摄影测量网格(DPGrid)[J].武汉大学学报:信息科学版,2007,32(7):5652572.
  [4]张祖勋.航空数码相机及其有关问题[J].测绘工程,2004,(4).
  [5]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.
  [6]雷添杰,宫阿都,李长春,等.无人机遥感系统在低温雨雪冰冻灾害监测中的应用[J].安徽农业科学,2011,(1):2417-2419.
  [7]王新,陈武,汪荣胜,等.浅论低空无人机遥感技能在水利相关领域中的应用前景[J].浙江水利科技,2010,(11):27-29.

转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2018/1203/50530/
 与本篇相关的热门内容: