吳永亮， 陳建平， 姚書朋， 徐 彬

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 2.北京市國(guó)土資源信息研究開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3.中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院，北京 100071)

無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)應(yīng)用

吳永亮1，2，3， 陳建平1，2， 姚書朋1，2， 徐 彬1，2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 2.北京市國(guó)土資源信息研究開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3.中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院，北京 100071)

為了推廣無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與考慮，歸納了工作流程，形成了一套完整的無(wú)人機(jī)低空遙感應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查的技術(shù)路線。為了驗(yàn)證這一技術(shù)方法的實(shí)用性，將搭建的無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)在北京周口店地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該技術(shù)方法可為地質(zhì)調(diào)查、應(yīng)急測(cè)繪等提供及時(shí)有效的影像數(shù)據(jù)，對(duì)無(wú)人機(jī)低空遙感應(yīng)用具有參考意義。

無(wú)人機(jī)遙感； 航拍應(yīng)用； 周口店； Pix4Dmapper

0 引言

無(wú)人機(jī)低空遙感是傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量手段的有力補(bǔ)充，具有空域申請(qǐng)便利、受氣象和起降場(chǎng)地限制小、應(yīng)用范圍廣、作業(yè)成本低、生產(chǎn)周期短、圖像精細(xì)等特點(diǎn)。隨著無(wú)人機(jī)平臺(tái)、載荷設(shè)備及數(shù)據(jù)處理軟件技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)低空遙感對(duì)快速獲取高空間分辨率影像具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在災(zāi)害應(yīng)急處理、基礎(chǔ)測(cè)繪、土地利用調(diào)查、礦山開發(fā)監(jiān)測(cè)和智慧城市建設(shè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景[1-5]。目前，相關(guān)研究主要集中在無(wú)人機(jī)航攝影像匹配、三維重建和圖像識(shí)別等方面。將無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在各領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，還必須掌握無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工作流程規(guī)劃和數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)。

周口店地區(qū)是我國(guó)傳統(tǒng)的野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地之一，盡管多年來(lái)該區(qū)域積累了大量繪制地質(zhì)資料，但仍急需該區(qū)域的高精度正射影像、三維模型等數(shù)據(jù)，為地質(zhì)實(shí)習(xí)人員提供可靠依據(jù)。本文從無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)應(yīng)用的角度，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，搭建了無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)，在周口店地區(qū)開展了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，獲取了周口店地區(qū)大范圍的高精度的數(shù)字高程模型(digital elevation model, DEM)、數(shù)字正射影像圖(digital orthophoto map,DOM)和數(shù)字表面模型(digital surface model,DSM)等數(shù)據(jù)，為區(qū)域地質(zhì)實(shí)習(xí)提供了可靠依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效的無(wú)人機(jī)低空遙感應(yīng)用，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)所采用技術(shù)方法的實(shí)用性。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)一般包括： 無(wú)人機(jī)平臺(tái)、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)(飛控系統(tǒng))、地面監(jiān)控系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、野外保障裝備以及其他附屬設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)任務(wù)需求，選擇合適的無(wú)人機(jī)平臺(tái)及任務(wù)設(shè)備。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)一般組成及連接原理見圖1。

圖1 無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)組成Fig.1 Configuration diagram of UAV remote sensing system

主要系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

1)無(wú)人機(jī)平臺(tái)。其主要功能是搭載飛控系統(tǒng)和相機(jī)等載荷并執(zhí)行飛行任務(wù)。常用機(jī)型有固定翼型和旋翼型2類。固定翼型無(wú)人機(jī)航速快、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，適合大范圍的航拍工作，作業(yè)范圍甚至可達(dá)幾十km2； 旋翼型無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、可懸停、起降要求低等優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)航速慢、續(xù)航時(shí)間短，適合小范圍、高精度的調(diào)查工作。若開展大面積的航攝調(diào)查，一般選擇固定翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行正射投影測(cè)量； 若開展精度較高的三維建模，一般選擇旋翼型無(wú)人機(jī)進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量。

2)飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)。飛控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是配套的硬件，與地面便攜式計(jì)算機(jī)中安裝的監(jiān)控系統(tǒng)軟件匹配使用。飛控系統(tǒng)集成或與之連接的無(wú)線電傳輸模塊/遙控器傳輸模塊(空中)跟無(wú)線電數(shù)據(jù)接收機(jī)/無(wú)線電遙控器(地面)分別匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)和載荷設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，同步記錄航拍時(shí)對(duì)應(yīng)影像的POS數(shù)據(jù)、飛行姿態(tài)等參數(shù)。

3)任務(wù)設(shè)備。無(wú)人機(jī)低空遙感一般采用非測(cè)量相機(jī)作為任務(wù)設(shè)備。相機(jī)的性能越好，航拍影像的精度、質(zhì)量等參數(shù)越好，但需綜合考慮成本、重量等因素。相機(jī)由飛控系統(tǒng)自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定時(shí)、定距離拍攝。為了提升圖像和后期計(jì)算的精度，航拍前需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。隨著Pix4Dmapper等軟件算法和功能的提升，常可以省略標(biāo)定工作。

4)發(fā)射與回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于保證無(wú)人機(jī)安全起飛和著陸。對(duì)于固定翼型無(wú)人機(jī)，在地理環(huán)境復(fù)雜、場(chǎng)地不具備滑跑條件的區(qū)域工作時(shí)，一般采用拋射、彈射方式發(fā)射和傘降回收。

5)野外保障裝備以及其他附屬設(shè)備。根據(jù)野外工作的實(shí)際需求，還應(yīng)配備運(yùn)輸設(shè)備、維護(hù)工具箱和備附零件等野外保障裝備以及其他附屬設(shè)備，保障無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)順利完成。

CRSwNP呈現(xiàn)高度異質(zhì)性特征，臨床表型通常無(wú)法洞察疾病本質(zhì)，而內(nèi)在型是建立在細(xì)胞、分子和免疫機(jī)制基礎(chǔ)上的分型，也就是CRSwNP的發(fā)病機(jī)制。然而，內(nèi)在型非常復(fù)雜，目前研究尚不透徹，通過(guò)CRS內(nèi)在型的探索，可能找到特異性個(gè)體病情發(fā)展的關(guān)鍵因素，即某些特定的生物學(xué)分子標(biāo)識(shí)物，以這些標(biāo)志物為靶標(biāo)可實(shí)現(xiàn)臨床上對(duì)于CRSwNP個(gè)性化的精準(zhǔn)治療[15，17]。

2 工作流程

相對(duì)于傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量工作，無(wú)人機(jī)低空遙感通?？沼蛏暾?qǐng)便利，升空準(zhǔn)備時(shí)間短，受氣象、起降場(chǎng)地限制較小，對(duì)區(qū)域地質(zhì)條件要求較低。規(guī)劃科學(xué)合理的工作流程，是確保無(wú)人機(jī)低空遙感調(diào)查任務(wù)成功的重要條件。一般工作流程見圖2。

1)根據(jù)獲取的任務(wù)要求進(jìn)行分析，圈定調(diào)查區(qū)域，了解任務(wù)區(qū)域的基本地理信息、天氣及航空管制情況，制定無(wú)人機(jī)飛行方案，確定無(wú)人機(jī)的起降點(diǎn)、航線、飛行高度和飛行架次等。

圖2 無(wú)人機(jī)遙感調(diào)查技術(shù)流程Fig.2 Technique process of UAV remote sensing survey

2)根據(jù)飛行方案、區(qū)域地形、地質(zhì)條件、航程、載荷和經(jīng)費(fèi)等要求，確定無(wú)人機(jī)系統(tǒng)參數(shù)，綜合考慮成本效率比，搭建或選擇無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)。此外，還需設(shè)定任務(wù)載荷控制參數(shù)。由于無(wú)人機(jī)機(jī)體小、重量輕，在空中易受到氣流干擾。為保證無(wú)人機(jī)航攝影像的質(zhì)量，要求其影像航向重疊度控制在70%～85%、旁向重疊度控制在35%～60%，即需根據(jù)影像精度要求、航速、飛行高度和相機(jī)參數(shù)等確定合理的相機(jī)拍攝時(shí)間間隔，從而獲取有效的、滿足數(shù)據(jù)處理要求的重疊影像[6]。

需要注意的是，除了特別的應(yīng)急需求，應(yīng)盡量選擇天氣較好的時(shí)間進(jìn)行航攝，以確保影像清晰度。在光線允許的條件下，盡量使用定焦鏡頭，采用小光圈拍攝，并將相機(jī)ISO感光度調(diào)至最小，否則大光圈景深不夠會(huì)導(dǎo)致三維模型模糊，而感光度越大則噪聲越多。此外，要控制鏡頭畸變，以保證后期制作的三維模型質(zhì)量。

3)到達(dá)飛行區(qū)域后，開展飛行準(zhǔn)備工作，包括無(wú)人機(jī)全系統(tǒng)測(cè)試、發(fā)射與回收系統(tǒng)準(zhǔn)備等，為無(wú)人機(jī)的順利起降及安全作業(yè)提供必要保障。

4)飛行作業(yè)時(shí)，通過(guò)地面站程控?zé)o人機(jī)，按照規(guī)劃的航線自主飛行，控制搭載相機(jī)及各類傳感器獲取飛行姿態(tài)、目標(biāo)地物影像等數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)可通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路實(shí)時(shí)傳輸給地面站，或在無(wú)人機(jī)回收后通過(guò)存儲(chǔ)卡讀取。

5)獲取全部無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配、質(zhì)量檢查和壞點(diǎn)剔除等預(yù)處理工作。完成基本參數(shù)設(shè)置后，通過(guò)各類無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行計(jì)算、加工和處理，最終輸出調(diào)查區(qū)域的DOM和DEM等數(shù)據(jù)成果。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 影像處理軟件

當(dāng)前，無(wú)人機(jī)遙感影像處理軟件主要有： DPGird，PixelGrid，DPMatrix，MAP-AT，F(xiàn)lightMatrix，GodWork，Heli-Mapping，Cloud-AT以及GEOWAY for UAV等國(guó)內(nèi)軟件，還有Inpho，Pix4Dmapper，PIEneering，PhotoMOD，LPS，IPS，SSK，Socetset及LISA等國(guó)外的軟件[8]。這些軟件可以完成內(nèi)定向、空三加密、生成點(diǎn)云模型、DEM提取、影像糾正與拼接和DOM制作等工作。

隨著算法和功能的不斷進(jìn)步，各類無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)計(jì)算參數(shù)要求越來(lái)越低，自動(dòng)化程度和計(jì)算精度不斷提升。例如Pix4Dmapper可完全自動(dòng)地完成整個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，甚至無(wú)需無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)即可完成影像處理，通過(guò)自動(dòng)空三計(jì)算原始影像外方位元素，利用Pix4UAV的技術(shù)和區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)自動(dòng)校準(zhǔn)影像，還可以無(wú)需相機(jī)檢校和控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，依據(jù)多目視覺影像三維重建技術(shù)生成三維模型。Pix4Dmapper可以處理多個(gè)不同相機(jī)拍攝的影像，將數(shù)千張影像數(shù)據(jù)合并成一個(gè)工程進(jìn)行處理，拼接為一個(gè)影像，快速形成成果圖(DOM和DSM等)。此外，Pix4Dmapper可自動(dòng)生成精度報(bào)告，提供定量化的自動(dòng)空三、區(qū)域網(wǎng)平差和地面控制點(diǎn)的精度，快速和正確地評(píng)估結(jié)果的質(zhì)量[9]。

3.2 數(shù)據(jù)處理流程

無(wú)人機(jī)由于其自重較輕等自身特點(diǎn)的局限性，存在飛行姿態(tài)不夠穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致所獲取的影像有旋偏角偏大、影像畸變和重疊度不規(guī)則等現(xiàn)象[10-11]。傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件處理無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)時(shí)，工作量大，校對(duì)程序復(fù)雜。本文采用Pix4Dmapper軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作，其一般處理流程見圖3。

圖3 無(wú)人機(jī)影像處理流程Fig.3 Flowchart of UAV image processing

1)原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。原始數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)以及控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。需確認(rèn)原始數(shù)據(jù)的完整性，刪除質(zhì)量不合格的影像數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)航帶變化處的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，將每一組數(shù)據(jù)與影像對(duì)應(yīng)，用于數(shù)據(jù)處理?？刂泣c(diǎn)有助于提升影像精度?？刂泣c(diǎn)必須在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)合理分布，通常在測(cè)區(qū)四周以及中間都要有控制點(diǎn)。一般100張相片需要6個(gè)控制點(diǎn)左右，更多的控制點(diǎn)對(duì)精度也不會(huì)有明顯的提升，但在高程變化大的地方，更多的控制點(diǎn)可以提升模型精度[9]。

2)參數(shù)設(shè)置。進(jìn)行初始化設(shè)置、點(diǎn)云加密設(shè)置、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)成果設(shè)置等，主要參數(shù)包括： 坐標(biāo)系參數(shù)、地理定位參數(shù)、相機(jī)參數(shù)、DSM及DOM生成參數(shù)等。

3)計(jì)算及處理。完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入、參數(shù)設(shè)置后，Pix4Dmapper即可自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，完成影像重疊匹配、內(nèi)定向、光束法局域網(wǎng)平差計(jì)算以及相機(jī)自檢校等，利用生成的DEM數(shù)據(jù)對(duì)無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行傾斜改正和投影差校正，完成影像鑲嵌、勻色和裁剪等工作，最終得到調(diào)查地區(qū)的點(diǎn)云模型、DEM、三維DOM和DSM等[12]。

點(diǎn)云模型進(jìn)行插值加密后可生成真實(shí)三維模型，可用于實(shí)際地物的任意距離、面積和體積的測(cè)量，見圖4。DOM可以采取平面投影和正射投影2種方式生成。平面投影清晰度高，正射投影位置更準(zhǔn)確。對(duì)DOM和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行合成并經(jīng)過(guò)3D MAX和VRP軟件的處理還可得到三維演示模型。

(a) 三維模型量體顯示 (b) 量體邊界圈定及測(cè)量結(jié)果

圖4三維模型的體積量算

Fig.4Volumemeasuringof3Dmodel

4 實(shí)例應(yīng)用

4.1 任務(wù)概況

周口店地區(qū)位于華北板塊中部，是燕山山脈、太行山山脈和華北平原的接壤地帶，是我國(guó)傳統(tǒng)的野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地之一。在實(shí)際野外實(shí)習(xí)工作中，急需該區(qū)域的高精度DOM、三維模型等數(shù)據(jù)，為實(shí)習(xí)人員進(jìn)行區(qū)域整體認(rèn)知提供依據(jù)，對(duì)該地區(qū)的遙感地質(zhì)解譯情況與野外觀察結(jié)論進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

4.2 飛行方案的設(shè)計(jì)

本次調(diào)查采用的是固定翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)，其翼展1.2 m，起飛重量1.5 kg，有效載荷300 g； 巡航速度為60～160 km/h，續(xù)航時(shí)間不小于1.5 h，單次飛行時(shí)間在40 min以內(nèi)； 抗風(fēng)能力大于4級(jí)； 搭載三星NX MINI微單相機(jī)，搭配9 mm定焦廣角鏡頭。飛控系統(tǒng)采用Pixhack飛行控制器，集成了GPS，慣性測(cè)量、無(wú)線電傳輸和遙控器等模塊，自帶通用性減震器。地面站采用Mission Planner控制軟件，是可以搭建、配置和調(diào)試全功能硬件回路的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的重要構(gòu)件，具有無(wú)人機(jī)飛行模擬器界面。設(shè)置相關(guān)參數(shù)后，Mission Planner使用Google Maps就可以進(jìn)行航點(diǎn)輸入，完成航線規(guī)劃、飛行控制等任務(wù)。

選取的飛行測(cè)區(qū)為位于周口店地質(zhì)實(shí)習(xí)基地以東，面積約12 km2的太平山及其周邊地質(zhì)實(shí)習(xí)區(qū)域。該區(qū)位于太行山脈北麓與華北平原接壤處，海拔為150～300 m，最高山峰為太平山，海拔301 m，相對(duì)高差約為150 m。規(guī)劃2次航線，東西向和南北向各1航次?？紤]到太平山對(duì)電臺(tái)信號(hào)的遮擋，將起飛點(diǎn)設(shè)定在2個(gè)不同的地區(qū)，太平山的南坡與北坡各一個(gè)。相片的重疊度設(shè)定為航向重疊度80%，旁向重疊度60%，相對(duì)航高為300 m，地面空間分辨率為10 cm。

4.3 數(shù)據(jù)獲取及處理

實(shí)際飛行2航次，飛行任務(wù)順利，共獲取照片800余張，相片質(zhì)量良好。采用手持式高精度GPS接收機(jī)，在飛行區(qū)域?qū)崪y(cè)控制點(diǎn)28個(gè)，并以在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布為原則從中隨機(jī)抽取了檢查點(diǎn)20個(gè)。

采用Pix4Dmapper進(jìn)行無(wú)人機(jī)低空影像數(shù)據(jù)處理，將獲取的影像數(shù)據(jù)按照3.2節(jié)的流程進(jìn)行了處理。首先，將影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)以及控制點(diǎn)數(shù)據(jù)等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理； 然后，建立工程并導(dǎo)入原始數(shù)據(jù)，設(shè)置相機(jī)文件，生成航帶并采用軟件快速處理的方法，生成初步數(shù)據(jù)結(jié)果和質(zhì)量精度報(bào)告，用于檢查影像匹配情況和相機(jī)模型誤差(即最初的相機(jī)焦距和計(jì)算得到的相機(jī)焦距相差不能超過(guò)5%，否則需重新設(shè)置)； 再用像控點(diǎn)編輯器在像片上逐個(gè)刺出控制點(diǎn)，并在完成控制點(diǎn)導(dǎo)入后，采用軟件高精度處理的方法自動(dòng)完成內(nèi)定向、光束法局域網(wǎng)平差計(jì)算等； 最后，進(jìn)行點(diǎn)云及DOM編輯，依次進(jìn)行點(diǎn)云模型生成、DEM生成、調(diào)整拼接線、投影切換、影像混合、生成DOM，最終生成空間分辨率為0.2 m的DOM。全部處理過(guò)程耗時(shí)156 min。

4.4 結(jié)果分析

通過(guò)Pix4Dmapper處理生成的周口店地區(qū)DOM如圖5所示，該影像未經(jīng)過(guò)后期處理。通過(guò)目視判讀可以看出DOM的拼接效果好，沒有明顯的錯(cuò)縫，色調(diào)均勻，反差適中。

圖5 周口店地區(qū)的正射影像Fig.5 DOM of Zhoukoudian area

將手動(dòng)測(cè)量檢查點(diǎn)在DOM(含DEM高程數(shù)據(jù))上的三維坐標(biāo)與野外實(shí)測(cè)坐標(biāo)比對(duì)，分析了數(shù)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量，2種處理方法的誤差統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 周口店無(wú)人機(jī)遙感影像數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計(jì)Tab.1 Adjustment results of Zhoukoudian UAV data

從表1中可以得出，通過(guò)Pix4Dmapper進(jìn)行高精度數(shù)據(jù)處理的結(jié)果精度較高，生成的DOM和DEM精度符合GB 23236—2009《數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量空中三角測(cè)量規(guī)范》中對(duì)精度的要求，可以滿足常規(guī)的地質(zhì)調(diào)查、應(yīng)急測(cè)繪等應(yīng)用的需要?？焖偬幚淼臄?shù)據(jù)精度較低，最大高程誤差達(dá)到12.44 m，無(wú)法滿足精確三維建模的需求。這主要是因?yàn)榭焖偬幚砦匆氲孛婵刂泣c(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，而無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)采集的POS數(shù)據(jù)精度不夠。因此，快速處理一般在飛行現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，主要起到快速檢查的作用，發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)糾正，防止后續(xù)室內(nèi)高精度處理時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題，喪失補(bǔ)救時(shí)機(jī)而導(dǎo)致任務(wù)失敗。

此外，還可將Pix4Dmapper高精度處理生成的點(diǎn)云模型，直接應(yīng)用于周口店地質(zhì)實(shí)習(xí)的線路規(guī)劃與距離測(cè)量、礦山開發(fā)體量計(jì)算與監(jiān)測(cè)等工作，具有較高的精度、很好的實(shí)用性與時(shí)效性。

5 結(jié)論

1)本文對(duì)無(wú)人機(jī)低空遙感應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了研究，在周口店地質(zhì)實(shí)習(xí)區(qū)開展了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，獲取了目標(biāo)區(qū)域0.2 m空間分辨率的影像及DOM等數(shù)據(jù)，處理時(shí)間、影像質(zhì)量和成果精度均滿足常規(guī)地質(zhì)調(diào)查、應(yīng)急測(cè)繪等應(yīng)用需求，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)所采用技術(shù)方法的實(shí)用性，為無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)應(yīng)用提供了參考。

2)規(guī)劃合理的工作流程是順利完成無(wú)人機(jī)低空遙感應(yīng)用工作的重要保證。在實(shí)際工作中，必須考慮調(diào)查區(qū)域的地理信息、天氣及航空管制情況，合理制定無(wú)人機(jī)飛行方案。

3)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的搭建與拍攝參數(shù)確定是順利完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵。需要根據(jù)飛行方案、航程和載荷等搭建無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)，根據(jù)航速、飛行高度等確定合理的相機(jī)拍攝時(shí)間間隔或相片重疊度參數(shù)，以滿足后期數(shù)據(jù)處理要求。

4)采用成熟、專業(yè)的無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理軟件，可將工程人員從各類繁雜的影像算法中解脫出來(lái)，專注于處理業(yè)務(wù)問題，可大大提高無(wú)人機(jī)低空遙感的應(yīng)用效率。隨著無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備精度的提高和數(shù)據(jù)處理軟件算法的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)將在災(zāi)害應(yīng)急處理、土地利用調(diào)查、礦山開發(fā)監(jiān)測(cè)和智慧城市建設(shè)等方面發(fā)揮越來(lái)越顯著的作用。

[1] Colomina I,Molina P.Unmanned aerial systems for photogrammetry and remote sensing:A review[J].ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing,2014,92:79-97.

[2] 李德仁,李 明.無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2014,39(5):505-513,540.

Li D R,Li M.Research advance and application prospect of unmanned aerial vehicle remote sensing system[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2014,39(5):505-513,540.

[3] 無(wú)人機(jī)航測(cè)[EB/OL].[2016].http://baike.baidu.com/view/5426384.htm.

UAV aerial photography[EB/OL].[2016].http://baike.baidu.com/view/5426384.htm.

[4] 韓文權(quán),任幼蓉,趙少華.無(wú)人機(jī)遙感在應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害中的主要應(yīng)用[J].地理空間信息,2011,9(5):6-8,163.

Han W Q,Ren Y R,Zhao S H.Primary usages of UAV remote sensing in geological disaster monitoring and rescuing[J].Geospatial Information,2011,9(5):6-8,163.

[5] 何 敬,李永樹,魯 恒,等.無(wú)人機(jī)影像地圖制作實(shí)驗(yàn)研究[J].國(guó)土資源遙感,2011,23(4):74-77.doi:10.6046/gtzyyg.2011.04.14.

He J,Li Y S,Lu H,et al.Research on producing image maps based on UAV imagery data[J].Remote Sensing for Land and Resources,2011,23(4):74-77.doi:10.6046/gtzyyg.2011.04.14.

[6] 王玉鵬.無(wú)人機(jī)低空遙感影像的應(yīng)用研究[D].焦作:河南理工大學(xué),2011.

Wang Y P.Study on Low-Level Remote Sensing Images of UAV[D].Jiaozuo:Institute of technology of Henan,2011.

[7] 張祖勛,張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M].2版.武漢:武漢大學(xué)出版社,2012.

Zhang Z X,Zhang J Q.Photogrammetry[M].2nd ed.Wuhan:Wuhan University Press,2012.

[8] 金鼎堅(jiān),支曉棟,王建超,等.面向地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的無(wú)人機(jī)遙感影像處理軟件比較[J].國(guó)土資源遙感,2016,28(1):183-189.doi:10.6046/gtzyyg.2016.01.27.

Jin D J,Zhi X D,Wang J C,et al.Comparison of UAV remote sensing image processing software for geological disasters monitoring[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(1):183-189.doi:10.6046/gtzyyg.2016.01.27.

[9] 趙云景,龔緒才,杜文俊,等.PhotoScan Pro軟件在無(wú)人機(jī)應(yīng)急航攝中的應(yīng)用[J].國(guó)土資源遙感,2015,27(4):179-182.doi:10.6046/gtzyyg.2015.04.27.

Zhao Y J,Gong X C,Du W J,et al.UAV imagery data processing for emergency response based on PhotoScan Pro[J].Remote Sensing for Land and Resources,2015,27(4):179-182.doi:10.6046/gtzyyg.2015.04.27.

[10] Turner D,Lucieer A,Watson C.An automated technique for generating georectified mosaics from ultra-high resolution unmanned aerial vehicle(UAV) imagery,based on structure from motion(SFM) point clouds[J].Remote Sensing,2012,4(5):1392-1410.

[11] Hardin P J,Jensen R R.Small-scale unmanned aerial vehicles in environmental remote sensing:Challenges and opportunities[J].GIScience and Remote Sensing,2011,48(1):99-111.

[12] Pix4Dmapper軟件數(shù)據(jù)處理操作手冊(cè)[EB/OL].[2015].http://www.skyway-info.com/cn.

Operation manual for data processing of Pix4Dmapper software[EB/OL].[2015].http://www.skyway-info.com/cn.

[13] Jiang H B,Su Y Y,Jiao Q S,et al.Typical geologic disaster surveying in Wenchuan 8.0 earthquake zone using high resolution ground LiDAR and UAV remote sensing[C]//Lidar remote sensing for environmental monitoring,2014,9262:926219.

ApplicationofUAVlow-altituderemotesensing

WU Yongliang1,2,3， CHEN Jianping1,2， YAO Shupeng1,2， XU Bin1,2

(1.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China； 2.BeijingKeyLaboratoryofDevelopmentandResearchforLandResourcesInformation,Beijing100083,China； 3.ChinaAcademyofAerospaceStandardizationandProductAssurance,Beijing100071,China)

Unmanned aerial vehicle (UAV) low-altitude remote sensing is an extension and supplement of the traditional aerial photogrammetry, characterized by the airspace application convenience, short launch preparation time, and being less influenced by meteorological conditions, landing site restrictions and regional geological conditions. In order to promote the UAV low-altitude remote sensing technical application, the authors studied its key technologies. The function of UAV low-altitude remote sensing system and the factors considered in the design were analyzed, and the survey process was summarized. A complete technical route of UAV low-altitude remote sensing using in geological survey was formed. To prove the practicability of this technology method, the low-altitude UAV remote sensing system was built up for application in Zhoukoudian area. The results show that this means can provide timely and effective image for geological survey and emergence response survey, and has reference significance for low-altitude UAV remote sensing engineering application.

UAV remote sensing; aerial photography application; Zhoukoudian; Pix4Dmapper

10.6046/gtzyyg.2017.04.18

吳永亮，陳建平，姚書朋,等.無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)應(yīng)用[J].國(guó)土資源遙感,2017,29(4):120-125.(Wu Y L，Chen J P，Yao S P,et al.Application of UAV low-altitude remote sensing[J].Remote Sensing for Land and Resources,2017,29(4):120-125.)

TP 79

A

1001-070X(2017)04-0120-06

2016-05-09；

2016-07-12

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目“地質(zhì)大數(shù)據(jù)技術(shù)研究與應(yīng)用試點(diǎn)”(編號(hào)： 201511079-02)資助。

吳永亮(1987-)，男，博士研究生，從事地球探測(cè)與信息技術(shù)、航天標(biāo)準(zhǔn)化研究。Email: andyloveti@163.com。

(責(zé)任編輯：李瑜)