无人机遥感技术在城市测绘成果更新中的应用研究

■张明昭纪海涛

（1锦州市土地征用整理事务处 辽宁 锦州121013；2辽宁省基础测绘院 辽宁 锦州121013）

无人机遥感技术在城市测绘成果更新中的应用研究

■张明昭1纪海涛2

（1锦州市土地征用整理事务处 辽宁 锦州121013；2辽宁省基础测绘院 辽宁 锦州121013）

“天地图”系统中的城市测绘成果一般采用航拍方式完成。但是，对于小范围的高清城市测绘数据更新过程来说，航拍成本无疑是太高了。无人机遥感技术恰恰能够满足城市测绘成果小范围更新所要求的实时性基础测绘数据更新需求，能够满足1：500高精度测绘的需求，能够满足城市测绘基础数据更新低成本和高可用性的需求。

无人遥感城市测绘成果天地图智慧城市

0 引言

“天地图”系统作为国家地理公共服务平台，已经在全国30多个省、自治区和直辖市中的上百座城市相继建成。可以毫不夸张地讲，随着国家地区经济的快速发展，城市地形、地貌每天都在发生着变化，这就要求“天地图”系统中的城市测绘成果必须不断地保持定期数据更新。如果城市测绘成果数据更新不及时机会导致系统的实用性大打折扣。

1 无人机遥感技术在天地图系统中的应用

无人机遥感技术作为高清测绘的一个新的技术手段已经被各国专家和工程技术人员所接受，并被广泛应用于测绘行业。在城市测绘成果更新过程中，无人机遥感技术以其成本低、气象条件要求少、实时性等特色占据了“天地图”系统1：500高精度测绘数据更新技术手段的重要位置。

在测绘方法创新方面，无人机遥感技术能够弥补传统地图测绘方法在小范围测绘过程中获得的数据清晰度不高、比例尺难以满足实际需求、低现势性等问题，能够很好地实现对于线性地理信息测绘对象的拍摄。

该技术在工程应用中的优势包括：与航拍方式相比，无人机能够实现拍摄场地的灵活选取，能够在几乎任何场地实现升降操作，能够在空中悬停并智能化地从多个角度拍摄关注度较高的任意地上物。

2 无人机遥感技术获取的更新数据的图像拼接

无人机遥感技术获取的更新数据的图像拼接重点包括四个方面：首先，完成城市测绘成果更新图像信息采集工作；其次，完成城市测绘成果更新图像几何校正工作；再次，完成城市测绘成果更新图像预处理工作；最后，完成城市测绘成果更新图像融合工作。

2.1 城市测绘成果更新图像信息采集中的问题

无人机遥感技术的弊端在于航拍过程所获得的图像信息都有一定的几何形变。这种几何形变产生的原因有很多，例如无线遥感拍摄过程中飞行高度误差、拍摄摄像头位置偏移、拍摄视角不一致、大气气流的影响等等。这些因素导致地理信息采集对象反映的数据与真实的形状和位置有一定的偏差。这就需要采用图像拼接的技术手段来弥补这部分的不足。

2.2 城市测绘成果更新图像几何校正

城市测绘成果更新图像的几何校正的目的在于将采集到的产生几何形变的原始数据通过一定的转化方式，变为符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。这个过程可以简单地描述为：一是设计能够满足几何投影和坐标落图要求的数学模型；二是根据现有的相邻图幅信息（例如，相对坐标位置）建立新的模型参数；三是根据图像空间变换坐标大致确定图像所在区域，找到合适的图像变换函数和矫正函数；四是利用灰度插入值实现逐点逆变换。

2.3 城市测绘成果更新图像预处理

城市测绘成果更新图像预处理的主要技术手段包括：灰度校正、图像平滑和图像锐化、噪声过滤等方式和方法。通过以上复杂的方法就是为了完成这个过程的核心步骤：图像匹配。利用相关算法实现相似图像之间的致点的选取。

城市测绘成果更新图像预处理常采用的方法包括：相位相关法、基于边缘的匹配法和基于图像区域的匹配法。面对小范围的重合度较高的图像预处理采用相位相关法就比较实用。该方法采用的是改进的傅立叶变换算法，通过变换算法将图像置于相同的相对坐标系之下，并通过旋转矢量方式计算不同图幅之间的相对平移量。基于边缘匹配的方式一般适合于能够提取到边缘算法的图像。基于图像区域的匹配要求必须满足能够获取到区域面积、区域边缘、区域特征值等关键信息的待处理的图像。

2.4 城市测绘成果更新图像融合

城市测绘成果更新图像融合不仅仅是要找出科学的图像缝合位置，而是要从改变图像信息入手，依据两图像本身的内容信息，经过图像融合的操作而产生新的图像内容。此图像内容将具有两相邻图像在过渡区重叠部分的图像特征，却能让两相邻图像看起来是自然地接合成一张拼接图像。所以图像混合的操作，要将相邻图像在缝合线附近提高图像转变的平滑程度，并且还要在过渡区中同时保留两张像在重叠部分的图像特征。

3 无人机遥感技术在城市测绘成果更新应用前景

使用无人机遥感技术进行“天地图”系统城市测绘成果地图更新工作具有广阔的应用前景。虽然更新成果的原始数据是一组微小型无人机拍到的地面照片，且存在一定的几何畸变，但是相机镜头畸变几何模型和所拍摄照片对应的无人机姿态数据，可以通过建立畸变校正方程，对照片进行几何校正和处理。处理的结果完全可以满足对地面的小面积城市测绘成果更新的应用和研究工作。

4 结语

“天地图”系统作为智慧城市基础地理信息数据提供平台，能否完善城市测绘成果的更新速度决定了智慧城市对社会服务的质量的高低。对于小范围的高清城市测绘数据更新过程来说，无人机遥感技术的优势在于：一是满足了城市测绘成果小范围更新所要求的实时性基础测绘数据更新需求；二是满足了城市测绘成果数据更新对于1：500高精度测绘的需求；三是满足城市测绘基础数据更新低成本和高可用性的需求。无人机遥感技术获取的城市测绘成果更新数据的核心工作在于图像拼接。拼接工作一般包括如下四部分内容：城市测绘成果更新图像信息采集、城市测绘成果更新图像几何校正、城市测绘成果更新图像预处理以及城市测绘成果更新图像融合。

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F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-12-235-1

张明昭(1982～)，男，满族，测绘工程师，硕士研究生，研究方向为测绘与地籍管理。纪海涛(1977～)，男，测绘工程师，本科，研究方向为地籍测绘。