孙 耀

(陕西省林业科学院，陕西 西安 710082)

1 无人机耕地作物调查技术路线

1.1 无人机及其他硬件选型

根据作业需求，笔者采用大疆创新Phantom 4Pro机型，此款机型体积较小，携带较方便，配备1英寸2000万像素CMOS影像传感器以及7组8片全玻璃镜片组成的高解析度镜头，在120米高度飞行拍摄，可生产出空间分辨率为5cm的正射影像。

大疆创新系列机型遥控器需要配合移动设备运行飞行控制App，根据实测经验，苹果IOS设备的App用户体验和稳定性明显优于安卓设备，因此笔者选用iPad mini 3作为显示设备。

图形工作站配置：CPU：优于4核；内存：不小于4G；硬盘：不小于500G；显卡：根据倾斜摄影软件的运算特点而定，使用GPU计算的倾斜摄影软件，使用性能优异的显卡。

1.2 软件选型

完整技术路线先后用到3种专业软件：无人机航迹规划软件、拼接高清正射影像软件、地理信息系统。

采集样方地影像建议使用无人机航迹规划软件飞行拍照，优点是无人机能按照飞手预先设置好的飞行高度、速度、影像重叠率等参数自动规划出飞行航迹，并按照设定时间间隔自动拍照，可有效降低采集影像过程中的飞行风险，节省电池电量，提高照片质量。笔者选用的无人机航迹规划软件是Altizure。拼接高清正射影像软件选用Drone2map，Drone2Map是一款轻型无人机数据处理软件，主要功能是将无人机拍摄的影像拼接成高清正射影像，具有多线程、简单易用、成果类型丰富、便于发布等特点。地理信息系统选用ArcGIS软件，该软件是一个可伸缩的，全面的GIS平台，可将正摄影像、样方地块、参照样片等多种数据整合到一张地图中，并进行专业的配图，形成特定格式的统计报表。

2 采集与生产流程

2.1 起飞点选择

飞行前应进行实地勘查，为保证飞行安全，起飞点应选择没有民房、铁塔、高压线等障碍，视野开阔的小块平整空地。

2.2 影像获取

启动Altizure软件进行航线规划，首先创建一个新任务，然后在地图中设置好飞行区域，以及飞行高度、飞行速度、自动拍照间隔时间、影像重叠率等参数，一般航向和旁向重叠度设置为60%即可，软件根据设置好的参数会自动规划出飞行轨迹，设置完成保存后，Altizure将保存的任务上传到无人机，无人机自动起飞执行任务，并按设定的时间间隔自动拍照。飞行中当电池电量下降至30%时，系统提示自动返航，更换电池后，继续执行至任务完成。任务完成后无人机会自动返航并降落在起飞点附近。自动返航的降落点一般会偏离起飞点20cm左右，降落时应根据周边情况手动微调，确保无人机安全降落。

2.3 整理航片

将无人机拍摄的照片进行整理，使用Drone2map软件生产正射影像。步骤如下：

第1步输入工程名称。第2步点击“Browse…”选择工程文件夹的存储路径。第3步点击“Add Folder”按钮，选择航片文件夹，软件自动读取照片中的元数据信息填入列表，再根据元数据定位到拍摄的点位上，并连成航迹。点击“Processing Options”按钮弹出“处理选项”对话框。勾选“Initial Processing”选项卡并使用默认设置，再勾选“Orthomosaic and DSM”并确保只勾选“Create Orthomosaic”选项(使用默认方法和精度，成果类型为只输出正射影像，不输出DSM)，点击“Start”启动多线程计算。计算之后即生成高清正射影像。

将生成的正摄影像加载到ArcMap中，如因分辨率较低不能看清植物叶片，无法分辨植物种类，可以用无人机超低空拍摄作物叶片作为参照样片，辅助识别。手动操作无人机飞行到地块正上方后将飞行高度下降到15～20m处，垂直向下拍照获取一至两张照片作为参照样片，然后将无人机再次拉高飞行到下一

个作物上空下降拍摄，以此类推。为保证飞行安全，无人机飞行到作物上空悬停向下仔细观察，确认无障碍后再下降高度，避免碰撞到电线、电杆等。

2.4 生成参照样片

任意一张参照样片的“属性”之“详细信息”选项卡都有“GPS经纬度信息”，利用该信息可将每张照片批量地定位到地图上。

用ArcMap的Toolbox的“GeoTagged Photos To Points”工具，自动批量将参照样片中的GPS信息写入一个点图层中，并将照片作为该点的附件存入数据库。具体设置步骤如下：

选择参照样片所在的文件夹。

设置一个File GDB类型的样本点图层路径。

勾选“Add Photos As Attachments”选项将照片作为每个点的附件。注：如果选项2中输出路径不是GDB，而是Shape File，则选项3无法勾选，因为Shape格式不能将照片作为附件。

输出成果加入ArcMap中，就得到了参照样片点图层。

2.5 解译

将拍摄的参照样片添加到Arcmap软件中，点击Arcmap中“HTML Popup”工具的解译样本点弹出信息窗，在信息窗的缩略图中打开低空拍摄的高分辨率的参照样片原片，根据参照样片中作物形态就可区分作物种类，将识别的作物种类输入到对应地块的属性中。用此方法即可将样方中所有地块的作物类型清晰识别。

2.6 统计

通过ArcMap自带的统计工具，可以对更大的调查区域如县、市甚至省内的所有地块进行统计，获取不同种类作物的种植面积总和以及分布规律等多种统计信息，并导出对应报表。

3 成果管理

随着无人机影像成果逐渐累积，一个城市或省级调查单位，一次普查所生成的无人机正射影像成果可能会多至成千上万幅，想要快速查找到某一时段、某一空间范围、某一分辨率的影像成果将变得异常艰难。运用Portal for ArcGIS影像管理解决方案可解决此类问题，该软件通过影像成果的元数据信息对影像进行自动化管理，根据用户输入的查询条件快速获取所需的无人机影像，便于分发、处理、共享等后续应用。

4 效益对比

经实测，一个5000m2的样方地，若用传统技术流程，一个7人团队每天只能采集并录入一个样方地。而使用无人机耕地作物调查技术，一个2人内外业团队每天可完成3个样方，后者工作效率约为前者的10倍。