无人机数据处理技术教学方法研究

易俐娜

摘要：无人机数据处理技术为测绘产品生产提供了新手段，广泛应用于各种测绘工程。作为摄影测量学新技术，须在摄影测量学基础课程中适当增加无人机数据处理方面的教学内容。本文结合DPGrid无人机航测数据处理的整体解决方案，以实际软件操作演示案例进行关键方法的讲解，能达到激发学生学习热情，促进学生学习新技术的目的。

关键词：无人机；摄影测量；数据处理；教学案例

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）01-0182-02

一、引言

无人机低空航拍摄影技术作为一项空间数据获取的重要手段，具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活等优点[1]，其获得的航拍数据被越来越多的应用于各种测绘项目[2]，以获取测绘4D产品。然而由于无人机体积小，容易受天气风力影响，飞行姿态差，航片重叠度不规则，航片倾斜角和旋偏角容易偏大，且航拍携带非量测相机相幅小、相片基线短、图面质量较差、经常会出现影像模糊，常规的数据处理方法较难实现无人机数据的快速处理。为满足工程应用的需要，一些新的无人机数据处理技术被提出，相关技术人员的社会需求也逐渐增多[3]。可见，在摄影测量学本科教学中增加相关内容以加深学生对该技术的了解非常必要。本文拟以武汉大学研发的DPGrid软件中无人机航测整体解决方案为基础设计相应的教学内容及案例，达到让学生了解无人机航片处理关键技术的目标。

（一）无人机航测数据处理教学内容

无人机航测数据处理的教学内容应包括低空航测的定义、低空无人机平台、低空无人机数据的特点及低空数据处理的关键方法及步骤[4、5]。低空航测就是在较低相对航高采用小型飞行器搭载小像幅数码相机进行航空摄影测量工作。该技术在我国最早发展于20世纪90年代，从2008年开始无人机航测数据第一次在应急救灾领域得到了应用。常见的低空无人机平台有三角翼、飞艇、轻型飞机等，能搭载各种2000万像素以上小像幅相机作为传感器进行航空摄影。由于成本较低，且能灵活机动地应用于小范围航测和应急测绘，2010年4月无人机被集中装配到全国各省局以推广其应用。2011年，武汉大学研发的数字摄影测量网格DPGrid软件被正式推出，作为一个高性能海量航空航天遥感数据处理系统，它打破了传统的摄影测量流程，集生产、质量检测、管理为一体，能合理的安排人、机的工作，充分应用当前先进的数字影像匹配、高性能并行计算、海量存储与网络通讯等技术，大幅度地提高了数据处理的效率，缩短地图更新周期，提高空间信息获取的实时性，特别是对大型的自然灾害的快速评估、应急反映的方面，对我国社会经济发展以及军事安全等都具有重要的意义。其中完整的无人机航测整体解决方案针对低空航测数据的航片重叠度不规则、倾斜角和旋偏角容易偏大、像幅小、基线短、图面质量较差、影像模糊等数据处理难点，提出了许多先进的数据处理方法，包括小像幅影像畸变修正、影像增强、特征点提取、多级金字塔处理、大倾角立体像对的影像匹配、自动转点、GPS/IMU光束法平差、影像匀光匀色、正射影像制作及自动镶嵌等，为利用无人机航测数据高效生产大比例尺DOM、DEM、DLG等测绘产品奠定了基础。在教学中，以上新方法的主要功能及实现步骤可通过对DPGrid软件的演示操作案例进行讲解，以加深学生的理解。

（二）DPGrid无人机数据处理流程及教学案例

在DPGrid软件中，无人机数据处理模块运用了网格计算的先进算法，能提高数据处理的效率[7]，在灾害应急响应中发挥了巨大作用。无人机数据处理的基本流程如图1所示。第一步是创建工程，设置工程目录等参数；第二步，设置相机参数，排列航带，进行影像预处理，包括内定向、畸变改正、影像匀色等，影像处理完后可以得到测区影像图。在测区影像图上先手工选择航带内和航带间的同名点，然后通过全自动影像匹配获得加密点（图2）；第三步，量测一些地面控制点为平差计算加密点的地面三维坐标做准备；第四步，利用光束法区域网平差进行粗差剔除，并调整同名点的位置，使得平差结果满足工程精度，获得加密点坐标和影像的外方位元素；最后，建立数字高程模型（DEM），编辑DEM，进行正射影像生产、编辑，得到最终的测绘产品（图3）。

为加强学生对无人机数据处理中各步骤的理解，在教学中还会以无人机数据处理的DPGrid操作演示案例进行讲解。该案例采用4条航带，总计20个无人机航片（图4）进行数据处理的操作。首先创建工程，然后进行相机参数设置、控制点设置、航带设置，进行影像预处理，接着在影像匹配前先加入一些种子点，进行影像全自动匹配，自动找到同名像点。接着进行光束法平差剔除粗差点，然后加入控制点进行光束法平差以获得相片外方位元素和加密点的三维坐标，最后生产测绘产品，并进行产品编辑。如图5为案例数据生产的数字正射影像（DOM）。

二、总结

无人机数据处理技术是测绘专业学生需要掌握和了解的新技术之一，本文利用DPGrid软件中的无人机航测解决方案设计相应的教学内容及案例，能激发学生对摄影测量学这一课程的学习热情，让学生在学习中更积极主动的探求新知识，通过案例教学能让学生把理论知识运用到实践中去，为他们将来的工作奠定了良好基础。

参考文献：

[1]周晓敏，赵力彬，张新利.低空无人机影像处理技术及方法探讨[J].测绘与空间地理信息，2012，35（2）.

[3]李德仁，李明.无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J].武汉大学学报：信息科学版，2014，39（5）.

[4]刘刚，许宏健，马海涛，等.无人机航测系统在应急服务保障中的应用与前景[J].测绘与空间地理信息，2011，34（4）.

[5]张周威，余涛，孟庆岩，等.无人机遥感数据处理流程及产品分级体系研究[J].武汉理工大学学报，2013，35（5）.

[6]鲁恒，李永树，何敬，等.无人机低空遥感影像数据的获取与处理[J].测绘工程，2011，20（1）.

[10]洪运富，杨一鹏，杨海军.DPGrid_LAT在尾矿库无人机遥感影像处理中的应用[J].测绘通报，2013，（11）.