无人机遥感在第三次国土调查中的应用实验

张 璐

(北京中色地科测绘有限公司, 北京 122000)

0 引言

无人机遥感在农作物研究[1-3]、林草及动物监测研究[4-8]、灾害评估[9-10]等方面已经广泛应用。在土地调查方面,王颖[11]、刘锁珍[12]研究了无人机遥感影像在第三次土地调查中的应用,何少林[13]研究了基于无人机遥感影像的土地信息提取及专题图制作问题,杨云辉[14]研究了基于无人机影像的田坎面向对象提取问题等。

由于第三次国土调查真正实施是2019年初开始的,可见的研究文献并不多,尤其在山区、高山区的应用情况介绍更少。在第三次国土调查中,在高山区利用无人机辅助进行地类的判别是本研究的重点。

1 无人机遥感影像获取的过程

1.1 原始航片获取

本研究选用瑞士SenseFly公司生产的电动测绘型无人机Sensefly ebee。该机属于固定翼无人机,翼展96 cm,起飞重量630 g,航速36～57 km/h,飞行时长45 min,相机像素16 MP。该机的航测系统包括操作平台、通信系统以及航线规划控制等模块,并且具备无影像后处理功能,可囊括遥感影像生产全过程。

图1给出了用Sensefly ebee获取无人机原始航片的流程。其中像控点的平面坐标是通过D级GPS(Global Position System)静态测量获取的;像片航向和旁向重叠度分别为(80±5)%和(40±5)%;原始航片的分辨率为0.08 m。

图1 无人机原始航片获取流程图

1.2 影像数据处理

数据的处理大致步骤为:根据航摄影响和像控数据,经过空三加密,利用数字摄影测量工作站采集特征线、高程点,再根据采集成果匹配生成(Digital Elevation Model,DEM)。利用生成的DEM对航片进行正射纠正,再进行影像拼接融合,最终得到数字正射影像图(Digital Orthographic Map,DOM)。全部生产流程见图2。

图2 DEM及DOM数据生产技术流程图

2 实验区调查信息提取的结果比较分析

2.1 实验区概况

实验区位于贵州省黔南布依族苗族自治州独山县的麻万镇,见图3,总面积141 km2,距广西壮族自治区的南丹县120 km,距黔南州的都匀市48 km,距贵阳市198 km。

麻万镇位于云贵高原中贵州至广西壮族自治区丘陵的过渡地带,整体呈箱装背斜,比周边地区高300～500 m,最高海拔为1 465 m,最低海拔为500 m,平均海拔850～1 100 m。实验区属中亚热带湿润季风性气候,四季分明,年均气温15 ℃,气候宜人。

2.2 三种调查方法信息提取的结果

本次实验基于无人机遥感影像(分辨率0.2 m)和SPORT6卫星遥感影像(分辨率2 m)分别用人工解译的方式提取同一调查区的信息,然后与外业调查后的标准成果进行对比,从而分析两种影像调查的准确率和效率。利用SPORT6卫星遥感影像、无人机遥感影像室内解译以及实地调查的成果分别见图3～5。

图3 实验区卫星遥感影像内业解译成果

目视观察可以看出,图4和图5较接近,图3和图5差异较大。

图4 实验区无人机影像数据内业解译成果

图5 实验区外业调查后成果

2.3 两种影像解译的错误图斑分布

将图4与图5、图3与图5叠加,通过叠加分析,得到利用2种遥感影像室内解译的不一致图斑(错误图斑),可以看出,利用无人机遥感影像室内解译的错误率(各地类综合错误率9.77%)明显低于利用卫星遥感影像室内解译的错误率(各地类综合错误率14.35%)。

2.4 两种数据源内业解译地类精度对比

将用2种数据源内业解译的地类图斑数与外业实际调查的地类图斑面积按一级类汇总,算出用2种数据源内业解译出现的错误地类图斑面积、解译面积错误率，结果列入表1,相应的错误率对比见图6。

表1 内业解译与外业调查地类面积对比

图6 内业解译错误率分布柱状图

从表1和图6可以看出,利用无人机影像解译的地类面积精度高于用卫星影像解译的地类面积的精度。用无人机影像解译的地类面积的准确率总体达到了90.23%;用遥感影像解译的地类面积的准确率总体达到了85.65%。

4 结束语

本研究介绍了利用无人机获取实验区地表原始影像的流程、DEM及DOM制作的流程、用无人机遥感影像与用卫星遥感影像室内解译结果的对比情况。通过研究得出如下结论:(1)用无人机遥感影像室内解译地类的精度远远高于用卫星遥感影像室内解译地类的精度;(2)在山区,由于地面起伏比较大,无人机遥感影像的精度并不均匀,地类判读的差错率依然较高;(3)在山区,无人机用于国土调查难以代替外业核实。

无人机用于国土调查的主要作用是通过其影像判别地类。在山区,由于受到地形的影响,无人机飞行的高度不可能太低,以防炸机。但无人机飞得太高,对地物判别的差错率又会变高。若要进一步提高地类的判别精度,在无人机上搭载光谱仪获取地表植被的光谱特征以辅助地类的判别,可作为进一步实验研究的课题。