无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析

胡晓曦,李永树,李何超,许懿娜

(1.西南交通大学 地理信息工程中心,四川 成都 610031;2.四川省国土勘测规划研究院,四川 成都 610031)

无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析

胡晓曦1,李永树1,李何超2,许懿娜1

(1.西南交通大学 地理信息工程中心,四川 成都 610031;2.四川省国土勘测规划研究院,四川 成都 610031)

针对我国现阶段航测与遥感技术发展水平及实际需求情况,结合“五一二”地震灾后重建工作进行地理空间数据快速采集技术试验,从多方面对利用无人机低空数码航测及高分辨率卫星遥感技术测绘大比例尺地形图进行技术比较和精度分析,并得到一些有实际意义的结论。

轻型无人机;低空数码航测;高分辨率卫星遥感;比较分析

无人机UAV(Unmanned Aerial Vehicle)在军事方面的发展得到广泛关注,其技术已经较为成熟,并在一些局部战争中被成功使用。同时,无人机民用发展也颇受瞩目,主要应用领域有测绘、防灾减灾、森林防火、国土资源监测等。轻型无人机低空数码航测具备灵活性强、高分辨率及成本较低等优势,弥补了遥感技术在快速获取大比例尺地形信息方面的不足,已经在我国大比例尺地形图测绘、城镇建设规划、灾害应急处理及国土资源调查与监测等方面进行了应用试验。本文在数据采集试验的基础上,对上述两种方法进行技术比较与精度分析。

1 试验技术简介

用航空数码相机和轻型无人机分别代替传统航空胶片和有人驾驶飞机,发展为无人机低空数码航测技术,能够更灵活、快速地获取小范围区域的高精度地理空间信息。无人机通常载重10～50 kg,安装1～4个面阵数码相机,可获取0.05～0.50 m分辨率的光学彩色影像。并且,能够安装 GPS和轻小型稳定平台支持空中三角测量,实现稀少地面控制点情况下的高精度及高现势性测量,在提高工作效率的同时也降低了测图成本。此外,无人机对场地、天气及环境条件的依赖性较低,从而大大增强了测图工作的灵活性,目前已经成为大比例尺测图技术的重要发展方向。

高分辨率卫星遥感是以一种非常精细的方式来观测地面,所获取的高空间分辨率遥感影像可以更加清楚地表达地物目标的空间结构与表层纹理特征,可分辨出地物内部更为精细的组成,地物边缘信息也更见清晰,为有效地解译分析提供了条件和基础。高分辨率遥感卫星影像使遥感卫星影像的适用范围得到了扩展,不仅能应用于中小比例尺地图的测绘,其高分辨率的特性同样也适用于大比例尺空间信息的获取,加之其现势性强且易更新,已经成为一种有效的空间信息获取技术。目前,QuickBird卫星遥感能够大范围动态监测城镇及乡村地区的发展与变化,从而较迅速地更新地理空间信息。然而,现阶段我国还是主要依靠购买方式获取高分辨率遥感影像,这种基于高分辨率遥感影像获取地理空间信息的方式,不仅使数据的现势性受到限制,其成本也大大增加。

2 轻型无人机航测及其数据处理

无人机低空数码航测工作主要分为外业航摄及内业制图两部分。外业航摄的主要工作包括航飞拍摄及利用 GPS-RTK野外实测像控点坐标;内业工作主要包括相片拼接、空中三角测量等,如图1所示。

图1 无人机低空数码航测获取地理空间信息实施流程

3 数据成果精度分析

“五一二”大地震损毁了许多城镇乡村,为快速获取地震灾区详细地理空间信息从而尽快地进行灾后重建,尤其考虑到四川盆地多云雾的气候特点,本次试验采用无人机低空数码航测方法获取地震灾区的航片及地理空间信息。同时,利用同一地区2006年的QuickBird高分辨率遥感影像,进行两种技术方法的成果数据精度分析与比较。

由于在野外利用数字化测图法测绘的地形图精度较高,因此,该次试验以实地高精度测绘的地形数据为标准,分别与无人机数码航测获得的点位数据以及QuickBird遥感影像获得的点位数据进行比较,求出无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感技术2种测图方法的点位中误差并将其进行比较分析。具体作法是在将无人机与遥感影像获得的点位数据统一到同一地区野外实地测绘数据坐标系统中,从2种影像中各随机选取若干地面点位坐标(图2为随机选取试验点的分布情况),分别计算这2种方法的点位中误差,并利用M A TLAB软件生成点位误差分布图。

图2 试验点位分布

3.1 无人机低空数码航测测图精度

表1为无人机低空数码航测中随机抽取的20个点位坐标,其点位中误差为0.086 134 m。

3.2 高分辨率卫星遥感影像测图精度

表2为高分辨率卫星遥感影像测图中随机抽取的20个点位坐标,其点位中误差为0.952 211 m。

3.3 点位误差分布图

利用MA TLAB软件编写程序,将以上两组数据分别输入即生成了点位误差分布图,如图3所示,X、Y轴分别表示试验数据与标准数据的二维坐标偏移量,落入同心圆中的实验数据点越多则表明其数据精度越高。图3直观地显示了无人机航测数据 精度及卫星遥感影像数据精度。

表1 无人机低空数码航测点位精度计算表 m

表2 高分辨率卫星遥感点位精度计算表m

4 结 论

无人机低空数码航测和高分辨率卫星遥感2种技术用于大比例尺测图工作各有利弊,无人机低空数码航测技术的工作效率较高,可以获得较高精度的大比例尺地形图,使用、运输、保管及维护的成本较低,适用面广泛,灵活性和现势性都较好,但其覆盖范围较小,获取信息量较少;基于高分辨率卫星遥感影像的方法则具有覆盖范围广、测图周期短、获取信息量大等优势。另外,对于地形复杂地区、坡陡路险的困难山区及多云雾的气象条件等较差地区的大比例尺地形图测绘、灾害调查及抢险应急等实际情况,无人机低空数码航测技术较高分辨率卫星遥感技术具备更强的适应性及灵活性。

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The comparative analysisabout spatial information access technologies based on light UAV low-altitude digital aerophotogrammetry and high-resolution satellite remote sensing

HU Xiao-xi1,L I Yong-shu1,L IHe-chao2,XU Yi-na1
(1.GIS Engineering Center,Southwest Jiao tong University,Chengdu 610031,China;2.Sichuan Research Institute of Territo rial Surveying and Planning,Chengdu 610031,China)

W ith the fast development of aerophotogrammetry and satellite remote sensing in recent years,the use of light UAV low-altitude digital aerophotogrammetry and high-resolution satellite remote sensing ismore and more popular.In view of the situation of technological development at the p resent stage,and combining w ith experiment data,a comparative analysis ismade regarding several aspects and some useful conclusions are draw n.

light UAV;low-altitude digital aerophotogrammetry;high-resolution satellite remote sensing;comparative analysis

P231

A

1006-7949(2010)04-0068-03

2009-10-23

“十一五”国家科技支撑计划重大资助项目(2006BAJ05A 13)

胡晓曦(1986-),女,硕士研究生.

[责任编辑刘文霞]