无人机测绘数据处理关键技术及应用探究
衣峻
【摘 要】无人机测绘技术属于一种高新技术，在动态监测以及应急测绘等方面的应用较为广泛。论文通过对无人机测绘数据处理进行概述，对无人机测绘处理的关键技术及其应用进行了深入探究，以期进一步提高我国无人机测绘的应用水平，扩大其应用范围，将无人机测绘技术的优势充分利用起来，提升整个测绘行业的发展水平。
【Abstract】UAV mapping technology belongs to a kind of high-tech， which is widely used in dynamic monitoring and emergency mapping. This paper makes an in-depth study on the key technologies and applications of UAV mapping processing in order to further improve the application level of UAV mapping in China and expand its application range. To take full use of the advantages of UAV mapping technology to enhance the development of the entire surveying and mapping industry level.
【关键词】无人机测绘；数据处理；关键技术
【Keywords】UAV mapping； data processing； key technology
【中图分类号】P2 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0158-02
1 引言
无人机测绘技术综合应用了计算机技术与可视化技术等诸多方面技术，是现代科技水平进步的一种重要体现。无人机测绘数据处理产品不仅具有较高的机动性、灵活性，同时，相比于传统的测绘方式，无人机测绘的效率以及精准度均明显提高。而且，無人机测绘的作业成本比较低，受外界应用条件的限制较少，可以大范围应用。目前，无人机测绘已经被广泛应用在测绘行业，不仅降低了测绘数据人工处理的工作量，同时极大提高了测绘效率以及测绘精度，是测绘行业发展的重大进步。鉴于此，对无人机测绘数据处理关键技术及其应用进行研究，有着十分重要的现实意义。
2 无人机测绘数据处理概述
无人机指借助无线电遥控设备，并且配备了程序控制装置的不载人飞机。无人机系统是一个比较复杂的系统，包括了以导航系统、数据传输系统、飞行控制系统以及动力系统为主的多种系统。若根据平台构型分类，可以将无人机划分为无人直升机、固定翼无人机以及多旋翼无人机这三种，目前在无人机测绘的应用领域中，以固定翼无人机和多旋翼无人机平台的应用为主[1]。而无人机测绘数据处理指的是根据控制点所提供的数据，将无人机拍摄的航空图像或者航飞数据进行处理，进而形成数字测绘产品的一个过程。尽管与传统的人工测绘技术相比，无人机测绘技术的工作效率与测绘准确性有了较大提高，但在日益增长的测绘市场需求的影响下，必须对无人机测绘技术进行更加深入的研究，以期进一步提高其工作效率。由此可知，无人机测绘数字产品成果精度的提高，是整个行业未来研究的重要方向之一。
3 无人机测绘数据处理的关键技术
3.1 相机校验
非量测相机是无人机测绘必须搭载的，其主距与相片中心坐标系中像主点的坐标均是未知的，按照测得影像不能直接对像主点的坐标进行确定，故必须内定像。此外非量测相机的镜头具有较大的畸变差，故其所测量的像点坐标也存在着误差，进而对物方坐标的计算精度产生影响。因此，必须对其进行校正。相机校正的常见方法主要包括自检校法、试验场检校法以及基于多像灭点的检校法。
3.2 DOM生产
DOM即数字正射影像技术，其指的是通过对航空相片的数字微分纠正与镶嵌，并根据特定的图幅范围对进行裁剪而形成的数字正射影像集，其不仅具有地图几何精度，同时也具有一定的影像特征[2]。无人机航空拍摄产生DOM的过程，主要有DEM数据处理、影像纠正处理、影像匀光匀色处理等，而DEM处理的质量直接影响着DOM的精度。而DOM的产生过程，是人工工作量相对较大的环节，故镶嵌线需要在沿着自然地物的同时，最大程度上避开人工建筑，以保证DOM的接边精度满足实际要求。
3.3 PPK和INS
一般情况下，无人机的重量均比较轻，故其飞行姿态具有一定的不稳定性，对影像处理的成果精度存在一定影响。所以，必须对无人机飞行过程中，拍摄每一张相片的姿态与位置进行准确记录。PPK技术即动态后处理技术，是一种借助载波相位进行差分的GPS定位技术。相比于传统的测量技术，PPK技术不仅对通视条件、季节、气候以及能见度等外界环境条件的要求比较小，而且作业半径比较大，能够达到30千米[3]。同时，PPK技术的定位精度也比较高，能够精确到5毫米，且误差既不会传播也不会积累。而INS技术即惯性参考系统，其属于一种自主式的导航系统，既不向外界辐射能量，同时也不依靠外部信息。通过PPK技术和INS技术，能够获取具有较高精度的位置信息以及姿态信息，可以被应用在空中的三角测量。
3.4 DEM生产
DEM即数字高程模型，即指利用有限的地形高程的数据信息，对地形地面进行数字化模拟，属于数字地形模型的一种，同时也与DOM的精度具有直接联系。尽管无人机航空的软件已经做到了自动匹配，但鉴于现实地物的复杂程度，以及人工建筑物所带来的影响，必须对DEM实现人工编辑，以此来提高原始航片纠正的基础水平，进而为DOM的精度提供有力保障。
4 无人机测绘数据产品的具体应用
4.1 环境监测
环境监测是环境保护与治理的重要内容。应用无人机测绘数据处理产品能够更加快速且高效率的获得航空影像，且这些影像均具有较高的分辨率，方便工作人员观测，进而通过分析影像实现对环境污染情况的监测，特别是关于排污污染方面的监测[4]。不仅如此，在海洋监测、水质监测、溢油监测、湿地监测、海岸带监测、固体污染物监测以及植被生态监测等方面，均可以利用无人机进行航空影像拍摄或者进行视频数据的处理实施。
4.2 国土测绘
国土测绘是我国土地资源管理的重要内容，其不仅影响着我国土地资源的利用效率，同时也关系着我国的基本国情。将无人机测绘数据产品，应用到国土测绘当中，利用无人机进行土地资源数据的航空拍摄，可以使相关工作人员更加快速且准确地掌握被测区土地使用的实际情况，对国土资源动态监测与调查、土地利用动态图监测、土地使用与覆盖图更新以及特征信息的分析等方面工作，均极为有利，可以显著提升测绘工作效率[5]。此外，无人机测绘技术所拍摄的具有高分辨率的图像，对区域规划等工作的开展也极为有利。
4.3 灾情救援
在发生灾情之后，第一时间救援工作的开展直接关系着救灾的实际效果。在玉树地震、汶川地震、舟曲泥石流、茂县山体滑坡等灾情发生之后，我国的救援部队第一时间将测绘无人机应用在了救援现场，充分利用其机动性强、灵活性高等特点，及时且迅速获取了灾区地段的影像，并由影像分析获得了重要数据，不仅极大方便了救灾工作的开展，提高了救援工作效率，同时也对灾后的重建工作发挥了重要作用。
5 结论
无人机测绘数据产品的特点比较明显，不仅具有较強的时效性与较高的分辨率，同时其生产周期也比较短。正是因为如上优势，无人机测绘数据产品被广泛应用在各行各业中，其中，以环境监测、国土测绘以及灾情救援方面的应用最为成熟。本文在简单介绍了无人机测绘数据处理之后，深入分析了无人机测绘数据处理的关键技术及其应用。通过研究发现，无人机测绘数据处理的关键技术主要包括：相机校验、DOM生产、PPK和INS、DOM生产等。总而言之，随着计算机技术与可视化技术发展水平的不断提高，加之虚拟现实技术的应用，不仅提高了无人机测绘数据处理效率，同时也丰富了数字测绘产品的表现形式，扩大了其应用范围[5]。
【参考文献】
【1】易俐娜.无人机数据处理技术教学方法研究[J].教育教学论坛，2016，24（01）：182-183.
【2】王光彦，姚坚，李登富，等.低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2016，39（05）：113-115.
[3]王光彦，徐加东，赵培.无人机航测在小范围工程测绘中的应用研究[J].矿山测量，2016，44（05）：36-38.
[4]康玉霄，桑文刚，李玉斌，等.无人机低空摄影测量数据处理及应用[J].测绘通报，2017，14（S1）：62-65.
[5]张学东，刘文茜，徐西桂，等.基于PhotoScan的无人机航摄大比例尺DOM制作[J].矿山测量，2017，45（02）：14-17.
【摘 要】无人机测绘技术属于一种高新技术，在动态监测以及应急测绘等方面的应用较为广泛。论文通过对无人机测绘数据处理进行概述，对无人机测绘处理的关键技术及其应用进行了深入探究，以期进一步提高我国无人机测绘的应用水平，扩大其应用范围，将无人机测绘技术的优势充分利用起来，提升整个测绘行业的发展水平。
【Abstract】UAV mapping technology belongs to a kind of high-tech， which is widely used in dynamic monitoring and emergency mapping. This paper makes an in-depth study on the key technologies and applications of UAV mapping processing in order to further improve the application level of UAV mapping in China and expand its application range. To take full use of the advantages of UAV mapping technology to enhance the development of the entire surveying and mapping industry level.
【关键词】无人机测绘；数据处理；关键技术
【Keywords】UAV mapping； data processing； key technology
【中图分类号】P2 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0158-02
1 引言
无人机测绘技术综合应用了计算机技术与可视化技术等诸多方面技术，是现代科技水平进步的一种重要体现。无人机测绘数据处理产品不仅具有较高的机动性、灵活性，同时，相比于传统的测绘方式，无人机测绘的效率以及精准度均明显提高。而且，無人机测绘的作业成本比较低，受外界应用条件的限制较少，可以大范围应用。目前，无人机测绘已经被广泛应用在测绘行业，不仅降低了测绘数据人工处理的工作量，同时极大提高了测绘效率以及测绘精度，是测绘行业发展的重大进步。鉴于此，对无人机测绘数据处理关键技术及其应用进行研究，有着十分重要的现实意义。
2 无人机测绘数据处理概述
无人机指借助无线电遥控设备，并且配备了程序控制装置的不载人飞机。无人机系统是一个比较复杂的系统，包括了以导航系统、数据传输系统、飞行控制系统以及动力系统为主的多种系统。若根据平台构型分类，可以将无人机划分为无人直升机、固定翼无人机以及多旋翼无人机这三种，目前在无人机测绘的应用领域中，以固定翼无人机和多旋翼无人机平台的应用为主[1]。而无人机测绘数据处理指的是根据控制点所提供的数据，将无人机拍摄的航空图像或者航飞数据进行处理，进而形成数字测绘产品的一个过程。尽管与传统的人工测绘技术相比，无人机测绘技术的工作效率与测绘准确性有了较大提高，但在日益增长的测绘市场需求的影响下，必须对无人机测绘技术进行更加深入的研究，以期进一步提高其工作效率。由此可知，无人机测绘数字产品成果精度的提高，是整个行业未来研究的重要方向之一。
3 无人机测绘数据处理的关键技术
3.1 相机校验
非量测相机是无人机测绘必须搭载的，其主距与相片中心坐标系中像主点的坐标均是未知的，按照测得影像不能直接对像主点的坐标进行确定，故必须内定像。此外非量测相机的镜头具有较大的畸变差，故其所测量的像点坐标也存在着误差，进而对物方坐标的计算精度产生影响。因此，必须对其进行校正。相机校正的常见方法主要包括自检校法、试验场检校法以及基于多像灭点的检校法。
3.2 DOM生产
DOM即数字正射影像技术，其指的是通过对航空相片的数字微分纠正与镶嵌，并根据特定的图幅范围对进行裁剪而形成的数字正射影像集，其不仅具有地图几何精度，同时也具有一定的影像特征[2]。无人机航空拍摄产生DOM的过程，主要有DEM数据处理、影像纠正处理、影像匀光匀色处理等，而DEM处理的质量直接影响着DOM的精度。而DOM的产生过程，是人工工作量相对较大的环节，故镶嵌线需要在沿着自然地物的同时，最大程度上避开人工建筑，以保证DOM的接边精度满足实际要求。
3.3 PPK和INS
一般情况下，无人机的重量均比较轻，故其飞行姿态具有一定的不稳定性，对影像处理的成果精度存在一定影响。所以，必须对无人机飞行过程中，拍摄每一张相片的姿态与位置进行准确记录。PPK技术即动态后处理技术，是一种借助载波相位进行差分的GPS定位技术。相比于传统的测量技术，PPK技术不仅对通视条件、季节、气候以及能见度等外界环境条件的要求比较小，而且作业半径比较大，能够达到30千米[3]。同时，PPK技术的定位精度也比较高，能够精确到5毫米，且误差既不会传播也不会积累。而INS技术即惯性参考系统，其属于一种自主式的导航系统，既不向外界辐射能量，同时也不依靠外部信息。通过PPK技术和INS技术，能够获取具有较高精度的位置信息以及姿态信息，可以被应用在空中的三角测量。
3.4 DEM生产
DEM即数字高程模型，即指利用有限的地形高程的数据信息，对地形地面进行数字化模拟，属于数字地形模型的一种，同时也与DOM的精度具有直接联系。尽管无人机航空的软件已经做到了自动匹配，但鉴于现实地物的复杂程度，以及人工建筑物所带来的影响，必须对DEM实现人工编辑，以此来提高原始航片纠正的基础水平，进而为DOM的精度提供有力保障。
4 无人机测绘数据产品的具体应用
4.1 环境监测
环境监测是环境保护与治理的重要内容。应用无人机测绘数据处理产品能够更加快速且高效率的获得航空影像，且这些影像均具有较高的分辨率，方便工作人员观测，进而通过分析影像实现对环境污染情况的监测，特别是关于排污污染方面的监测[4]。不仅如此，在海洋监测、水质监测、溢油监测、湿地监测、海岸带监测、固体污染物监测以及植被生态监测等方面，均可以利用无人机进行航空影像拍摄或者进行视频数据的处理实施。
4.2 国土测绘
国土测绘是我国土地资源管理的重要内容，其不仅影响着我国土地资源的利用效率，同时也关系着我国的基本国情。将无人机测绘数据产品，应用到国土测绘当中，利用无人机进行土地资源数据的航空拍摄，可以使相关工作人员更加快速且准确地掌握被测区土地使用的实际情况，对国土资源动态监测与调查、土地利用动态图监测、土地使用与覆盖图更新以及特征信息的分析等方面工作，均极为有利，可以显著提升测绘工作效率[5]。此外，无人机测绘技术所拍摄的具有高分辨率的图像，对区域规划等工作的开展也极为有利。
4.3 灾情救援
在发生灾情之后，第一时间救援工作的开展直接关系着救灾的实际效果。在玉树地震、汶川地震、舟曲泥石流、茂县山体滑坡等灾情发生之后，我国的救援部队第一时间将测绘无人机应用在了救援现场，充分利用其机动性强、灵活性高等特点，及时且迅速获取了灾区地段的影像，并由影像分析获得了重要数据，不仅极大方便了救灾工作的开展，提高了救援工作效率，同时也对灾后的重建工作发挥了重要作用。
5 结论
无人机测绘数据产品的特点比较明显，不仅具有较強的时效性与较高的分辨率，同时其生产周期也比较短。正是因为如上优势，无人机测绘数据产品被广泛应用在各行各业中，其中，以环境监测、国土测绘以及灾情救援方面的应用最为成熟。本文在简单介绍了无人机测绘数据处理之后，深入分析了无人机测绘数据处理的关键技术及其应用。通过研究发现，无人机测绘数据处理的关键技术主要包括：相机校验、DOM生产、PPK和INS、DOM生产等。总而言之，随着计算机技术与可视化技术发展水平的不断提高，加之虚拟现实技术的应用，不仅提高了无人机测绘数据处理效率，同时也丰富了数字测绘产品的表现形式，扩大了其应用范围[5]。
【参考文献】
【1】易俐娜.无人机数据处理技术教学方法研究[J].教育教学论坛，2016，24（01）：182-183.
【2】王光彦，姚坚，李登富，等.低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2016，39（05）：113-115.
[3]王光彦，徐加东，赵培.无人机航测在小范围工程测绘中的应用研究[J].矿山测量，2016，44（05）：36-38.
[4]康玉霄，桑文刚，李玉斌，等.无人机低空摄影测量数据处理及应用[J].测绘通报，2017，14（S1）：62-65.
[5]张学东，刘文茜，徐西桂，等.基于PhotoScan的无人机航摄大比例尺DOM制作[J].矿山测量，2017，45（02）：14-17.
