无人机航拍的发展趋势和正射影像的生成研究

余玉平　陈贤明　韩红芳

摘要：随着科学技术的发展，传统工程测量测绘领域因新的设备和新的技术注入了新的活力，计算机技术、无线电遥控技术、GPS高精度定位基础的有机结合，无人机也出现在人们的视野中。文章探讨了利用无人机航空摄影获得的航片，通过软件进行航片拼接、空三加密、正射影像的生成过程和平面精度验证。

关键词：无人机；航拍测量；正射影像；工程测量；计算机技术；无线电遥控技术 文献标识码：A

中图分类号：P231 文章编号：1009-2374（2016）08-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.009

1 概述

航天摄影测量是随着航天、卫星、遥感技术的发展而出现的摄影测量技术，将摄影机安装在卫星上，从空中对地球地貌、城市景观、工程建设等方面进行摄影摄像活动。近年来高分辨率卫星影像的成功应用，使得它成为国家基本图测图、城市、土地规划的重要数据源。

2 无人机航摄系统

无人机驾驶飞机为空中遥感平台的微型航空遥感技术，其特点是：以无人驾驶飞机为空中平台，以专用照相机、摄像机以及视频无线传输技术获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。与卫星遥感影像相比，无人机拍摄影像具有如下优势：（1）时相性好，即现势性强；（2）分辨率高（通常为0.2m、0.1m）；（3）清晰度好；（4）立体相对且重叠度大；（5）自主性强；（6）可以量测。

3 正射影像

正射影像是具有正射投影性质的遥感影像。原始遥感影像因成像时受传感器内部状态变化、外部状态及地表状况的影响，均有程度不同的畸变和失真。对遥感影像的几何处理，不仅提取空间信息，如绘制等高线，也可按正确的几何关系对影像灰度进行重新采样，形成新的正射影像。正射影像制作主要采用专用设备来进行，如平坦地面中心投影式航空像片，可用光学机械型纠正仪。

4 数据生产

4.1 设计说明

数字正射影像图（DOM）是利用数字高程模型（DEM）对数字化航空摄影影像，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围裁切生成的数字正射影像数据集。

本次设计由于成本原因没有按需求去制定航飞计划，采用了其他项目飞行过的航片，其分析精度和论证不影响结果。

影像使用DEM正射的必要性。影像使用DEM正射的必要性如图1所示（摘录至豆丁网）：

图2基本解释了地形起伏对航片的影像，所以采用DEM对航片正射是非常有必要的。DEM的获取由于受测绘法规的限制，对高精度的需求可针对项目情况由测绘部门许可得到大比例尺DEM数据，本次实验采用ASTER GDEM。

4.2 设计流程

本设计采用的正射软件为遥感图像处理平台ENVI。

4.2.1 具体操作步骤。

第三，下面根据RPC和DEM进行正射校正，输入高程处使用中国科学院计算机网络信息中心·科学数据中心获取的DEM资料。

第四，软件会根据控制点信息和对应地区的DEM信息计算后输出成图，即为正射影像图。

4.2.2 航片与卫片的优劣对比。

第一，精细度。航空像片是低空航空摄影，所以每幅图片范围比较小，但分辨率一般较高，影像清晰而且细致，反映的地物也较丰富，比较容易判读。

第二，平面精度。由于通过正射和地面控制点的矫正，平面精度和卫片已经相差无几，实际与卫片误差控制在2m内。

第三，时效性。我们熟知的最常用的商业卫星QuickBird“快鸟”重访周期在1～6天（0.7m分辨率，取决于纬度高低）。而无人机对需求区域做拍摄的实际准备时间在1d左右，所以无人机的时效性还是比卫星拍摄有优势，尤其在高纬度地区卫星重访的实际时间会更慢些。

第四，经济性。由于无人机在法律法规中还没有明确定义其适用范围，现在应用较多的还是在军用方面和普通旋翼机的广告影视拍摄方面，地理信息采集方面还没有大规模的应用，所以其成本也相对较高，这一点随着社会需求的增多和应用的普及会慢慢降低成本。

第五，获取范围。由于当今电池技术的限制，无人机实际的工作时间一般都在30～60min内，所以单航次的飞行面积也是相对狭小的，固定翼无人机在时速80km/h时，一个航次的飞行面积一般不超过20km?。和卫片的一个拍摄条带相比，面积是无法相提并论的。

5 结语

实践证明，利用无人机航摄系统进行数字正射影像的制作，精度能满足当前一般城市数字影像制作的要求，适应国家经济和文化建设发展的需要，为中小城市特别是城、镇、县、乡等地区经济和文化建设提供了有效的遥感技术服务手段。随着多种机载传感器、无人机硬件制造技术的发展，低空无人机以其机动灵活、现势性强的特点，必能拥有更加广阔的发展前景。

参考文献

[1]杨润书，吴亚鹏，李加明，等.无人机航摄系统的特点及应用前景探讨[J].地矿测绘，2011，27（1）.

[2]王细洋.航空概论[M].北京：航空工业出版社，2004.

[3]吕利萍，程新文.利用单张航摄像片制作正射影像图的几种典型方法及其算法研究[J].矿山测量，2003，（2）.

[4]王聪华.无人飞行器低空遥感影像数据处理方法[D].山东科技大学，2006.

（责任编辑：黄银芳）