无人机航拍图在绘制种子园工作步道图中的应用
卢宗军+梁浩+邓毅晖++李富洲??
摘要：使用无人机航拍图片、MapInfo Professional 7.0及Adobe Photoshop CS 5软件绘制种子园工作步道图，可以克服传统绘制方法受天气影响、用时长、工作量大、精准度不高等许多不足，提高工作效率和成图准确度。
关键词：航拍图绘制工作步道图
中图分类号：S72文献标识码：A文章编号：1004-3020（2017）02-0086-03
在杉木种子园建设中，砧木行间工作步道图的绘制是一项重要而繁杂的工作。通常使用人工勾绘的方法。人工勾绘方法抽象复杂，工作量大，且由于地形复杂和人为误差等因素的影响，导致精度降低。为了克服传统方法绘制种子园工作步道图存在的不足，探索更便捷有效的方法，2016年使用无人机航拍图片辅助绘图的方法，为柳州市林科所杉木双系种子园绘制种子园工作步道图，取得了较好的效果。现将具体的方法简述如下，供生产参考。
1绘图原理
使用无人机高空垂直对种子园进行航拍，将无人机航拍图片调整与实际地形一致后，以航拍图片作为底图来绘制工作步道图。无人机拍摄的图片因为“镜头畸变”现象，会存在变形，离中心点越远变形量越大[1]。解决的办法是，首先将种子园按小区区划拍摄区域，高空拍摄时以小区中心为拍摄中心点，使小区图像集中在照片中心区域，减少拍摄区域变形，避免因为拍摄区域过大，区域边沿变形大导致调整难度增加或无法调整。然后利用林业等高线地形图作为对照图，对小区图片作变形调整。以林业等高线地形图作为参照，可以保证种子园小区图片调整后与实际地形是相符的或近似相符的。最后以小区图片作为底图绘制种子园工作步道图。
2具体方法
2.1获取航拍图片
（1）无人机准备。航拍用的无人机要求成像好，摄取的像片要足够清晰。可选用型号为Phantom 4的大疆无人机或其他型号。
（2）拍摄小区区划。种子园以一个小区（06～13 hm2）为一个拍摄区域。
（3）实地航拍。按划定的小区逐一拍摄。由于民用无人机体积和质量比较小，风速对其飞行干扰较大，为确保航拍工作顺利及成像质量，须选择无风或微风的晴天进行。垂直拍摄时无人机要飞至小区正上方并以小区中心点为聚焦点，拍摄高度以离地300～350 m最好，这个高度拍摄的照片，拍摄区域变形小，也足够清晰，拍摄时可以不同高度多拍几张，方便过后对比选择。
2.2绘图
（1）软件的准备。需要用到MapInfo Professional 7.0（以下简称MapInfo）和Adobe Photoshop CS 5（以下简称PS）两个软件。
（2）地形图矢量化。林业等高线地形图一般为栅格格式，放大到一定程度后，等高线就会变粗成带状或锯齿状，不能适用于照片调整，因此须将地形图矢量化。采用折线工具绘制的方法[2]，用MapInfo打开栅格地形图，在其上增加一图层，在此图层上按原等高线逐点描摹，使之与原栅格地形图一致。地图矢量化完成后就将其放大至1∶1000打印成图，至实地进行修正。
（3）无人机航拍照片调整。①从MapInfo导出地形图图片。用MapInfo打开矢量地形图的图层，打开“图层控制”，选定矢量地形图层为可编辑状态，用“矩形选择”工具将所有等高线选择起来，点击“线样式”工具将等高线线条宽度设置为象素1，设置完成后比例尺调为1∶1000，移动要修正的小区到MapInfo窗口中心，选择“文件”菜单，点选“另存窗口”，将窗口保存为JPG格式图片。②生成透明背景的地形图图片。用PS打开从MapInfo导出的地形图图片，选择“选择”菜单，点选“色彩范围”，在弹出的色彩范围对话框中，选择用颜色采样笔点选图片中的空白部分取样，确定色彩选择，再选择“选择”菜单，点选“反向”，完成选择后拷贝图片。
新建一个图片文件，背景内容设为“透明”，在“编辑”菜单中选择“粘贴”，粘贴图片后选择“图像”菜单，点选“调整”菜单项，从二级菜单中选择“亮度/对比度”，在亮度/对比度对话框中使用亮度调节，将图像中的等高线调至浅色。完成后将图像保存为PNG格式的文件备用。③无人机航拍照片初步调整。将无人机上的照片导出至电脑中进行筛选，选择成像清晰，聚焦准确的照片，按小区分开存放。
用PS打开PNG格式的地形图文件，再在“文件”菜单中点选“置入”项，选择要调整的航拍小区照片，按F7调出“图层窗口”，在“图层窗口”中将地形图图层置顶，选择小区照片为编辑图层。选择“编辑”菜单，点选“自由变换”，通过对小区照片的移动、旋转、缩放的操作使小区的影像照片与地形图尽量相符，调整时以小区为主，小区外部分作地形参照。另外应注意的是，在缩放操作时要按住“Shift”键，这样的缩放操作为等比例缩放操作，保证图像不变形。
④无人机航拍照片的变形调整。经过以上调整后，小区内的图像与地形图已大致相符，下面就要进行一些变形调整，使得小区内的图像与地形图一致。选择PS的“编辑”菜单栏，点选“操控变形”，浓度选项选择“较多点”。先在照片上的小区边界打上图钉，然后通过移动图钉调整，使照片上的小区边界与地形图上的小区边界一致。调整完边界后，在小区内的地形特征点也打上图钉，再次细微调整。通过这样的调整后，小区内的图像与地形图就相一致了，用“矩形选框工具”将小区图像选择出来，重新保存为JPG格式的图片文件，这个文件就是调整好后的小区图片。
（4）将小区图片转化为栅格地图。使用MapInfo对小区图片进行配准，将小区图片转化为栅格地图。先用MapInfo打开林业地形图，选择小区的四个易识别的地形特征点作为配准控制点，选择地形特征点时尽量选择在小区的四个对角并记录经纬度，再打开这个调整好后的小区图片，此时会弹出配准对话框，通过查找图片上与地形图相对应的控制点并输入经纬度，四个控制点输入完成后按确定就完成了配准。
（5）绘制工作步道图。小区图片转化为栅格地图后，就可以进行人工步道的绘制。在配准的小区航拍图片上新建一个工作步道图层，采用折线工具绘制的方法，按图索骥绘制出工作步道图。绘图完成后再到实地进行实地较正，保证准确。
3与人工勾绘方法的比较
无人机航拍图片辅助绘图与人工勾绘方法相比较，在操作流程上是有较多不同的，相比之下，采用无人机航拍图片辅助绘图比人工勾绘方法，操作更为简单、效率更高，成图也更准确。
4结论
使用无人机航拍图片配合使用MapInfo及PS 软件进行种子园砧木行间工作步道图的绘制，较传统方法具有很多方面优点。
（1）减少工作量，提高工作效率。传统的人工勾绘方法，实地勾绘、转绘等都需要大量的人工。采用无人机航拍图片辅助绘图，不再需要人工实地勾绘和转绘，节约了人工，提高了效率。
（2）不受天气影响。传统的人工勾绘方法需实地勾绘，遇阴雨天气工作就无法开展，采用无人机航拍图片辅助绘图，只要获得航拍图片后，就可以进行内业操作了，克服了天气的影响。
（3） 操作性更为简单，成图更準确。传统的人工勾绘方法，地形图扩大、实地勾绘及转绘等工作都需要有一定工作经验的人员才可以操作，开展前需要对人员进行较长时间的培训，而使用无人机航拍图片配合使用MapInfo及PS 软件，只要操作人员有电脑基础就可以在很短的时间内掌握。且误差小，成图更准确。
参考文献
[1]朱铮涛，黎绍发.镜头畸变及其校正技术[J].光学技术，2005（1）：136141.
[2] 包胡萍.用MapInfo制作矢量地图[J].电子技术与软件工程，2014（11）：84.
（责任编辑：夏剑萍）
摘要：使用无人机航拍图片、MapInfo Professional 7.0及Adobe Photoshop CS 5软件绘制种子园工作步道图，可以克服传统绘制方法受天气影响、用时长、工作量大、精准度不高等许多不足，提高工作效率和成图准确度。
关键词：航拍图绘制工作步道图
中图分类号：S72文献标识码：A文章编号：1004-3020（2017）02-0086-03
在杉木种子园建设中，砧木行间工作步道图的绘制是一项重要而繁杂的工作。通常使用人工勾绘的方法。人工勾绘方法抽象复杂，工作量大，且由于地形复杂和人为误差等因素的影响，导致精度降低。为了克服传统方法绘制种子园工作步道图存在的不足，探索更便捷有效的方法，2016年使用无人机航拍图片辅助绘图的方法，为柳州市林科所杉木双系种子园绘制种子园工作步道图，取得了较好的效果。现将具体的方法简述如下，供生产参考。
1绘图原理
使用无人机高空垂直对种子园进行航拍，将无人机航拍图片调整与实际地形一致后，以航拍图片作为底图来绘制工作步道图。无人机拍摄的图片因为“镜头畸变”现象，会存在变形，离中心点越远变形量越大[1]。解决的办法是，首先将种子园按小区区划拍摄区域，高空拍摄时以小区中心为拍摄中心点，使小区图像集中在照片中心区域，减少拍摄区域变形，避免因为拍摄区域过大，区域边沿变形大导致调整难度增加或无法调整。然后利用林业等高线地形图作为对照图，对小区图片作变形调整。以林业等高线地形图作为参照，可以保证种子园小区图片调整后与实际地形是相符的或近似相符的。最后以小区图片作为底图绘制种子园工作步道图。
2具体方法
2.1获取航拍图片
（1）无人机准备。航拍用的无人机要求成像好，摄取的像片要足够清晰。可选用型号为Phantom 4的大疆无人机或其他型号。
（2）拍摄小区区划。种子园以一个小区（06～13 hm2）为一个拍摄区域。
（3）实地航拍。按划定的小区逐一拍摄。由于民用无人机体积和质量比较小，风速对其飞行干扰较大，为确保航拍工作顺利及成像质量，须选择无风或微风的晴天进行。垂直拍摄时无人机要飞至小区正上方并以小区中心点为聚焦点，拍摄高度以离地300～350 m最好，这个高度拍摄的照片，拍摄区域变形小，也足够清晰，拍摄时可以不同高度多拍几张，方便过后对比选择。
2.2绘图
（1）软件的准备。需要用到MapInfo Professional 7.0（以下简称MapInfo）和Adobe Photoshop CS 5（以下简称PS）两个软件。
（2）地形图矢量化。林业等高线地形图一般为栅格格式，放大到一定程度后，等高线就会变粗成带状或锯齿状，不能适用于照片调整，因此须将地形图矢量化。采用折线工具绘制的方法[2]，用MapInfo打开栅格地形图，在其上增加一图层，在此图层上按原等高线逐点描摹，使之与原栅格地形图一致。地图矢量化完成后就将其放大至1∶1000打印成图，至实地进行修正。
（3）无人机航拍照片调整。①从MapInfo导出地形图图片。用MapInfo打开矢量地形图的图层，打开“图层控制”，选定矢量地形图层为可编辑状态，用“矩形选择”工具将所有等高线选择起来，点击“线样式”工具将等高线线条宽度设置为象素1，设置完成后比例尺调为1∶1000，移动要修正的小区到MapInfo窗口中心，选择“文件”菜单，点选“另存窗口”，将窗口保存为JPG格式图片。②生成透明背景的地形图图片。用PS打开从MapInfo导出的地形图图片，选择“选择”菜单，点选“色彩范围”，在弹出的色彩范围对话框中，选择用颜色采样笔点选图片中的空白部分取样，确定色彩选择，再选择“选择”菜单，点选“反向”，完成选择后拷贝图片。
新建一个图片文件，背景内容设为“透明”，在“编辑”菜单中选择“粘贴”，粘贴图片后选择“图像”菜单，点选“调整”菜单项，从二级菜单中选择“亮度/对比度”，在亮度/对比度对话框中使用亮度调节，将图像中的等高线调至浅色。完成后将图像保存为PNG格式的文件备用。③无人机航拍照片初步调整。将无人机上的照片导出至电脑中进行筛选，选择成像清晰，聚焦准确的照片，按小区分开存放。
用PS打开PNG格式的地形图文件，再在“文件”菜单中点选“置入”项，选择要调整的航拍小区照片，按F7调出“图层窗口”，在“图层窗口”中将地形图图层置顶，选择小区照片为编辑图层。选择“编辑”菜单，点选“自由变换”，通过对小区照片的移动、旋转、缩放的操作使小区的影像照片与地形图尽量相符，调整时以小区为主，小区外部分作地形参照。另外应注意的是，在缩放操作时要按住“Shift”键，这样的缩放操作为等比例缩放操作，保证图像不变形。
④无人机航拍照片的变形调整。经过以上调整后，小区内的图像与地形图已大致相符，下面就要进行一些变形调整，使得小区内的图像与地形图一致。选择PS的“编辑”菜单栏，点选“操控变形”，浓度选项选择“较多点”。先在照片上的小区边界打上图钉，然后通过移动图钉调整，使照片上的小区边界与地形图上的小区边界一致。调整完边界后，在小区内的地形特征点也打上图钉，再次细微调整。通过这样的调整后，小区内的图像与地形图就相一致了，用“矩形选框工具”将小区图像选择出来，重新保存为JPG格式的图片文件，这个文件就是调整好后的小区图片。
（4）将小区图片转化为栅格地图。使用MapInfo对小区图片进行配准，将小区图片转化为栅格地图。先用MapInfo打开林业地形图，选择小区的四个易识别的地形特征点作为配准控制点，选择地形特征点时尽量选择在小区的四个对角并记录经纬度，再打开这个调整好后的小区图片，此时会弹出配准对话框，通过查找图片上与地形图相对应的控制点并输入经纬度，四个控制点输入完成后按确定就完成了配准。
（5）绘制工作步道图。小区图片转化为栅格地图后，就可以进行人工步道的绘制。在配准的小区航拍图片上新建一个工作步道图层，采用折线工具绘制的方法，按图索骥绘制出工作步道图。绘图完成后再到实地进行实地较正，保证准确。
3与人工勾绘方法的比较
无人机航拍图片辅助绘图与人工勾绘方法相比较，在操作流程上是有较多不同的，相比之下，采用无人机航拍图片辅助绘图比人工勾绘方法，操作更为简单、效率更高，成图也更准确。
4结论
使用无人机航拍图片配合使用MapInfo及PS 软件进行种子园砧木行间工作步道图的绘制，较传统方法具有很多方面优点。
（1）减少工作量，提高工作效率。传统的人工勾绘方法，实地勾绘、转绘等都需要大量的人工。采用无人机航拍图片辅助绘图，不再需要人工实地勾绘和转绘，节约了人工，提高了效率。
（2）不受天气影响。传统的人工勾绘方法需实地勾绘，遇阴雨天气工作就无法开展，采用无人机航拍图片辅助绘图，只要获得航拍图片后，就可以进行内业操作了，克服了天气的影响。
（3） 操作性更为简单，成图更準确。传统的人工勾绘方法，地形图扩大、实地勾绘及转绘等工作都需要有一定工作经验的人员才可以操作，开展前需要对人员进行较长时间的培训，而使用无人机航拍图片配合使用MapInfo及PS 软件，只要操作人员有电脑基础就可以在很短的时间内掌握。且误差小，成图更准确。
参考文献
[1]朱铮涛，黎绍发.镜头畸变及其校正技术[J].光学技术，2005（1）：136141.
[2] 包胡萍.用MapInfo制作矢量地图[J].电子技术与软件工程，2014（11）：84.
（责任编辑：夏剑萍）
