无人机低空遥感技术发展及行业应用概述当前，如何快速获取位置数据已经成为测绘地理信息行业研 究的热点。传统的以卫星、航空器为平台的数据获取方法已经广 泛应用，但是在中西部受天气影响较大的地区很难拍摄到符合要 求的高分辨率影像，运用无人机为平台的低空遥感能很好地发挥 优势。无人机作为卫星遥感不可缺少的补充手段，弥补了卫星光 学遥感和普通航空摄影经常受云层遮挡获取不到影像的缺陷。无人低空遥感系统，是一种以自动控制的无人机为平台， 以机载遥感设备为有效载荷，飞行高度一般在1000m以下，获 取规则重叠度影像，并按定精度要求制作地理信息数据的航空摄 影系统。通常由飞行平台、遥感设备、地面监控站、数据链路和 应急装置等部分组成，具有成本低、精度高、分辨率高、效率高 等特点。其所获得的高分辨率影像能够达到大比例尺地形图精度 要求。1无人机低空遥感主要特点1.1航摄效率高无人机航摄效率较高，可以通过监控平台 进行控制，进行针对性航拍，重点获取指定区域数据，针对不合 格影像可以现场重新航拍。这类设备体积小，檄动灵活，通过地 面遥控快速采集影像，不需要专用跑道起降，受天气和空域管制 的影响较小。此外无人机还可以抵达载人飞行器无法到达的空域 或危险地区。1.2影像分辨率高 影像主要以RGB三波段为主，可以挂载 多光谱相机(RGBNIR)、高光谱相机和激光雷达传感器， 无人机低空遥感影像的最大优点是遥感影像空间分辨率高(厘米 级)、影像清晰。工业无人机普遍采用索尼、尼康等高精度数码 相机，高达4000万像素，可实现定距或定时拍照。所获取影像 为真彩色数字影像，成图与实测误差已经满足1： 500的地形图 测量规范要求。1.3数据处理速度快影像数据处理速度快，现势性强。例如 某国产软件Pips能实现对航空影像数据以及低空无人机影像数 据的快速自动化处理，可完成从空中三角测量到各种比例尺的 DEM、DOM、DLG等测绘产品的生产任务。特别是高性能计算 机在测绘领域的应用，将数据处理速度显著提升。1.4主要缺点影像获取主要采用非量测型数码相机，像幅 较小，数量较多，数据量较大。摄影时飞机姿态和位置任意性较 大，影像航向重叠度和旁向重叠度都不够规则。影像间的比例尺 不一致、旋偏角大、影像本身的畸变差较大等。这类影像是非标 准遥感影像，实质是缺乏定向参数的数字影像，这些情况下实现 自动空三是现有数字摄影测量的主要挑战。2影像处理主要流程2.1影像预处理与影像重叠度计算影像预处理主要集中于 数码相机镜头非线性畸变的纠正和成像时由于飞行器姿态变化 引起的图像旋转和投影变形的纠正。在焦距确定的情况下，镜头 畸变属于系统误差，它对每幅图像产生的影响都是相同的，可以 用数学公式或模型加以模拟预测，进行统一纠正。但是由于飞行 的不稳定造成的图像旋转和投影形变却是每一幅都不一样，需要 逐幅进行纠正。影像预处理还要注意落水、补飞、断航线、斜飞 等情况。通过相邻影像的匹配可以获得大量的同名点，经过同名点自 动测量后，可以根据同名点坐标计算相邻影像数据的实际重叠度。2.2空中三角测量 空中三角测量的主要目的是为影像纠正、 数字高程模型建立和立体采集提供定向成果。空中三角测量是利 用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系，根据少量像片控制 点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。在空中三角测量时，匹配是通过坐标系的变换，应用前方后 方交会的方法根据特征进行的同名点匹配，需要进行航内航间的 匹配，匹配密度较小。空三匹配是为立体测图做准备，匹配完成 后，为了获取模型连接点，还需进行提取匹配点（串点）操作。 相对定向是根据有一定重叠度的影像，以第一张像片的相主点为 坐标原点的坐标系为参照坐标系，确定第二张照片相对于第一张 照片的位置和姿态。绝对定向是通过量取地面控制点或内业加密 点对应的像点坐标，解算模型的外方位元素，确定影像坐标系和 大地坐标系之间的关系。通过添加控制点及刺加四个角点的控制 点后进行平差解算，预测剩余像控点的位置，从而对预测像控点 精确调整，全部添加完毕后再次进行平差，即可查看控制点精度 报告。2.3影像生产与制作DEM即地面高程信息，是对地貌形态 的数字化表达，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一 种实体地面模型。数据线划图数据中的等高线、高程点、道路、 水系等可以导入立体模型，与采集到特征点一起构建TIN，内插 得到DEMoDEM可与DOM或其它专题数据叠加用于相关分析。DEM数据对影像进行数字微分纠正和影像重采样后可以生 成数字正射影像，使用镶嵌命令将正射影像集拼接生成DOM总 图（如图2）。镶嵌时应注意拼接的一致性，不应产生整体性视觉 差异，在生成的DOM里，应检查是否有漏洞、扭曲以及错位等， 若存在这些现象，可运用“局部替换”或“边界外延”进行手动编辑 调整。2.4质量检查 空间参考系检查主要检查大地基准、高程基 准是否符合相关规范要求，地图投影是否正确使用，地图分幅和 内图廓信息是否正确和完整。位置精度检查涉及实际地形地物的 平面和高程精度，主要包括控制点坐标、中误差、等高距、几何 位移和接边误差。属性精度检查主要包括分类代码和属性正确性 检查。此外还应检查完整性、逻辑一致性等。3无人机低空遥感技术的行业应用3.1大比例尺地形图测绘 大比例尺测图按方法可分为航空 遥感摄影和人工野外测图两种。野外测图是由作业人员到实地采 用GPS、全站仪等进行控制测量、碎步测量，最后进行内业作业， 该测量方式具有精度较高、人工成本较高、时间较长等特点。航 空遥感摄影过程主要包括航飞-控制测量-像控-调绘-成图等，是 大范围地形图测绘的主要方式。但航摄空域申请手续复杂、对机 场及天气条件要求较高、数据获取成本较高。无法满足快速变化 地区的遥感监测对数据实时性的要求，不适于中小面积的数据获 取及测绘任务。3.2国土资源监测国土资源监测主要是对国土资源变化情 况进行实时监测。传统的监测方式成本较高、时间较长、响应较 慢，不能实时反映国土资源现状的变化情况。而无人机遥感可以 在低空取得光学影像，与其他方式相比具有明显优势，其能够应 对每年开展的全国土地变更调查监测与核查项目，也能够有效降 低地籍调查成本，还能够对发现的违法用地、非法开采等情况进 行评估，为土地执法检查提供重要依据。3.3应急监测贵州省是一个地质灾害严重多发的地区，大 量的地质灾害隐患严重威胁着城镇、村庄、道路交通等工程设施。 无人机结合工作底图航拍作业法具有实时性强、影像分辨率高的 特点，能够在高度危险地区进行作业，使得无人机遥感可以在自 然灾害发生后能够迅速反应。通过对航摄影像快速拼接和处理， 可以迅速准确反映现势状况，对于及时制定救援策略，提高救援 效率起着极其重要的作用。通过高分辨率遥感影像和原有数据叠 加，可以准确定位受灾区域的具体位置及边界，在ArcGIS软件 中对房屋损毁数量、受灾面积的统计，再结合调查，进行灾害评 估。4总结无人机遥感技术是现代测绘技术的重要组成部分，其具有高 分辨率影像和高精度定位数据获取能力。随着国民经济及社会发 展对数据的要求不断提高，无人机遥感在规划建设、水利监测、 矿产资源勘探等各个领域发挥了积极作用，成为现代测绘重要的 遥感数据来源，应用前景广阔。无人机作为新兴高科技产业应加 大技术投入，加快应用转化，降低行业准入成本。在政策方面， 应积极吸取国外行业管理经验，进一步加快并明确无人低空遥感 行业的法律法规、技术标准。