张燕文

（山西工程科技职业大学，山西太原 030619）

0 前言

摄影测量是现代测量技术当中的一种补充性测量手段，现代低空遥感技术应用中，利用无人机设备摄影参与测量具有安全性高、数据信息获取速度快以及测绘信息动态精确等多方面优势。基于无人机技术进行的低空遥感技术开发与应用成为当前小范围地理环境测量的主要技术手段。近年来无人机摄影技术快速发展，越来越多新的技术手段开始应用于低空遥感领域，为提高精度、降低成本提供了技术支持。低空遥感平台摄影测量技术主要采用无人机设备搭建飞行平台，来实现高精度、高灵活度和低成本目标。为了提升图像处理精确性，摄影测量的平台化应用主要采用数字正射影响DOM 技术来参与图像处理，实现摄影测量技术创新，具有广泛的应用价值，如图1 所示。

图1 无人机

1 低空遥感测量中无人机摄影技术优势

小范围内的遥感测量要求更高的影像分辨率才能够达到高精度的测绘要求。低空遥感测量当中无人机摄影系统主要能够快速完成对某一具体区域的遥感图像采集，方便快捷，效率更高。相较于传统测量技术，低空遥感无人机技术的主要优势有以下2 个方面。

1.1 承载能力强

近年来无人机轻体化发展，在极大提升了无人机灵活性的同时，也增强了无人机本身的承载能力。实际应用中，无人机设备对于场地环境宽容度更高，除了平坦陆地环境之外，山区、海洋、湖泊等极为复杂的地形环境和不易到达的区域，无人机也能够凭借自身承载能力实现安全平稳起降。应用无人机摄影系统进行低空遥感，能够避免人类活动对于原本生态环境的迫害，同时动态化的无人机遥感测量还能够实现生态环境、风险等级等实时分析，为地形测绘工作提供质量保障。

1.2 工作效率更高

结合工作环境中的实测数据，对比传统遥感测绘技术可以发现，低空无人机摄影测量技术在实际工作中有效效率提升幅度达到传统设备的30 倍以上，单机单日单次摄影覆盖率更高。同时，与传统GPS 以及GIS 技术相比，无人机摄影测量从低空高精度出发，获得的摄影图像更清晰、更直观，能够满足实际的地理信息测绘要求，提高相关生产效率。实际应用中，无人机设备操作便捷，学习成本较低，对于外业工作人员的技术性要求不高，外业测绘中相关工作人员能够在短时间内完成自动化信息处理和导出，极大地缩减了人力成本的投入。

2 低空遥感摄影测量技术的创新升级

2.1 DOM 技术的应用

DOM（Digital Orthophoto Map，数字正射影像）是当前无人机摄影测量技术当中的主要技术手段，该技术手段在低空遥感测量当中主要通过不同的投影方式对所获得的数字影响数据基于投影差进行修正，已达到高精度的影像信息获取需要，有效避免因数字影像畸变所带来的误差。目前低空遥感中所采用的数字正射影响技术主要应用DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）来参与微分纠正，进而获得正射的数字影像。

低空遥感中DOM 主要的技术特征包含3 个方面。

（1）DOM 技术能够根据实际用户遥感测量的需要，进行比例尺、分辨率以及所使用的数据量的自由设置，获得的数据信息能够应用于城市规划、土地管理等部门。应用中获取信息内容可以基于遥感平台网络信息技术来实现实时传输和信息共享。

（2）DOM 技术所获取到的影像数据信息更丰富。DOM 技术参与的低空遥感摄影测量，能够保证无人机的摄影位置与实际环境情况的反映保持一致，信息更全面真实，获取图像中色彩信息还原度高，层次更丰富，能够为其他地理信息产品提供更细致的观测数据，帮助传统测量统计当中无法通过实地勘察获取到的测量环节提供更详细精确的信息资料。

（3）DOM 技术还有着面向多个领域的专业性，能够为不同的技术领域提供遥感信息技术支持。其中较为典型的应用领域如道路交通、农田规划、水文地理等，DOM 技术都能够实现技术覆盖或提供必要的技术支持。

2.2 无人机硬件技术配套支持

近年来国内无人机技术蓬勃发展，诞生了一大批具有高水准高质量的无人机硬件设备，其中以大疆为代表的商用无人机系统推出了ACE 系统、多旋翼飞行控制系统等优秀的控制系统，并提供了诸如三轴手持云台等硬件支持。与优秀的无人机硬件系统搭配，主要采用DPgrid 分布式并行信息技术，可以针对无人机硬件系统的获取信息进行影像后期处理，充分发挥两个平台的技术优势，实现技术升级。

DOM 本身要求影像生成需要具备更详细的纹理信息和几何属性，而大疆平台的无人机设备能够为其提供前端的硬件平台化支持，强化低空遥感摄影测量的整体质量。

3 低空遥感平台摄影测量的系统设计

3.1 低空摄影测量的技术机制

航空摄影主要是针对地理环境进行比例尺地形图回执，通过摄影形式实现同比例尺下的地理信息图像还原。但是在以往的技术应用中，航空摄影测量存在小范围内存在遮挡导致信息丢失或信息失真问题，整体飞行成本过高，经济性较差以及对于地理环境起降场地要求较为苛刻，无法实现多地形条件应用等诸多问题。因此在低空遥感摄影测量系统设计中，需要着重体现复杂环境、经济成本和整体稳定性等方面优势。

低空无人机系统主要解决传统飞行系统面临的各种问题，其中整体质量轻，更加灵活，更具承载力以及飞行高度更低获取信息更全面等优势，使无人机系统成为低空遥感平台摄影测量系统设计的首选。

系统设计需要在执行飞行任务之前，对当前所需采集的航摄区域相关资料信息进行采集和分析，结合给出的相关资料内容，对飞行摄影当天的区域内天气状况、航摄区域内是否存在同高障碍物等情况进行分析判断。并以此为设计原则，设置飞行线路、所采用的飞行方式、飞行时段和航高数据，制定完整全面的飞行计划。无人机摄影飞行需避免弯曲度过大等航线问题，防止产生影像畸变，导致精确度下降。

3.2 无人机设备的分析与选用

无人机是现代测量系统当中主要运用的航空摄影设备，在实际工作运行中，无人机通过搭载摄影装置与传感器之间进行信息互通，同时利用GPS 进行航飞路线的规划，进行预定线路内的飞行拍摄。拍摄的实际影像会记录在光栅图像中，完成飞行后，需要对获取的光栅图像进行软件处理，从地理位置信息、内容比对等方面来完成完整航摄区域地理信息图像的整合。

目前广泛应用于民商领域的无人机主要有无人飞艇、固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机以及伞翼无人机等多种类型。在低空遥感系统的设计应用中，固定翼无人机和多旋翼无人机的体量最小，运行速度最高，灵活性更强，是主要选用的无人机设备。

3.3 无人机航摄遥感系统设计

无人机航摄遥感系统一般由3 个部分共同组成，其中包括空控系统、地控系统以及后期处理系统。

其中空控系统即为空中控制系统，主要装载于无人机设备之上，其中包括遥感传感器、无人机平台以及遥感控制装置。其中遥感传感器主要进行摄影信息的获取和传输，其中包括相机设备、信息传输设备，在运行中获取相关的摄影信息数据；无人机平台主要是指无人机搭载传感器的硬件平台；遥感控制系统为实时控制中心，主要针对无人机的实时飞行姿态进行管控，同时获取GPS 天线信息数据，对无人机飞行位置信息进行搜集和记录。

地控系统是指地面控制系统，即为位于地面的控制指挥中心。其中包含航迹规划、数据显示等环节。航迹规划通过预制线路规划数据和实际航摄区情况进行精确调节，为无人机飞行提供线路指挥，数据显示系统主要从传感器进行相关数据信息获取，并以影像呈现方式传输至电子显示系统当中进行可视化的呈现，帮助控制指挥人员对运行中的实际情况进行分析和判断。

后期处理系统主要是针对所获取到的影像信息进行集中的数字化处理，其中包括数据预览和数据后处理两个环节，目前在低空遥感平台当中，主要由数字摄影测量软件和工作站来共同完成处理工作。

4 系统平台的指标控制

高质量的低空遥感摄影测量需要进行相应的标准化指标系统建构，通过环环紧扣的质量管控，来保证无人机系统飞行效率和采集质量，实现摄影测量的实际目标。

4.1 无人机飞行平台关键质量指标

首先需要进行飞行平台的指标控制。其中主要设置航高、无人机的抗风能力、航区内飞行速度、起降性能等几个方面的数据指标控制。飞行航高主要受到外部气压以及氧气浓度等多方面因素影响，一旦达到一定高度后，无人机设备的发动机将无法正常运转工作。因此在系统设计管理中应当控制限高。其中平原丘陵地区中无人机最大飞行限高应当在海拔3000m 以内，而高山高远地区无人机的最大限高则不能超过海拔6000m；抗风能力主要是指无人机在飞行过程中抵御风力保持平稳飞行和安全飞行的能力。目前低空遥感系统中无人机主要分为普通无人机和超轻型无人机两种类型，前者抗风能力应当达到风力4 级，后者抗风能力应当达到风力5 级，在抗风能力标准中保持飞行稳定和安全；飞行速度也需要进行指标控制，一般航区内无人机最大飞行速度应当控制在时速160km 以内，一般巡航速度则应当保持在时速120km 左右；起降性能方面，无人机应当充分发挥复杂环境的起降能力，具备弹射、撞网回收以及伞降等重要功能，适应在不同环境中起降。除了以上几个方面之外，还应当控制无人机载荷和测量装置惯性。通常情况下无人机荷载总量须低于3kg，测量装置惯性需保证在定向法测图中实现地域0.01°的侧滚角和俯仰角等硬性指标，保证无人机飞行质量。

4.2 传感器设备关键质量指标

传感器设备在低空遥感系统当中主要充当环境数据获取和影像信息传输的主要功能。目前主要采用数码相机设备进行传感摄录，主要满足4 个方面的指标要求。

①传感器相机本身采用的摄影镜头应当采用定焦镜头，同时保证镜头能够实现无限远对焦。②在平台搭载中，传感器相机的机身与各个部件需要保证稳定性质量，保持牢固。③飞行平台当中的城乡探测器面阵的最低像素要求为2000 万。④传感器相机的最低快门速度应当达到0.001s。

4.3 航空摄影质量关键指标

（1）需要设定航摄倾角，保证摄影范围全面真实，不出现畸变。低空遥感系统中无人机航摄倾角应当低于5°，最大航摄倾角不能高于12°。

（2）进行摄影航高限制，实际航高设定主要针对飞行线路预设值进行调整控制，其中所处相同航线内的摄影航高偏差不能超过30m，在摄影区域内，设计航高与实际航高之间的误差不能大于50m。

（3）针对摄影比例尺进行调整，低空遥感系统主要根据不同航高设置不同的比例尺等级，在理想状态下，比例尺计量主要从航摄仪自身主距和航高两组数值进行计量，分别设置大比例尺、中比例尺和小比例尺三种情况，确定最终的参考构图。

（4）进行无人机航向弯曲度的控制，航向弯曲度一般情况下需要低于3%，保证飞航摄影线路稳定，最大弯曲不得大于15%。

4.4 影片处理关键技术指标

低空遥感摄影测量中，无人机通常会采用连续拍摄方式进行影像信息记录，而连续拍摄会出现一定的画面重叠，甚至出现部分被摄区域遭到重叠的覆盖，影响影像信息的真实性和直观性因此在实际的影响处理当中，需要进行间接变设置，来保证影响画面质量。在进行设置中，主要对航向重叠度Px 和旁向重叠度Py 两组数据进行控制。经过计算，航向重叠度Px 应当高于60%同时低于80%，同时每分钟重叠度需要高于53%；旁向重叠度应当处于15%~60%区间，平均每分钟重叠度应当大于8%。

此外还需要进行摄影获取像片旋偏角控制，单个像片的旋偏角不得大于8°，三张连续拍摄的航空像片平均旋偏角不得大于6°。

4.5 质量检查

在飞行系统计划确定后，需要以无人机安全手册为标准，对实际的影响质量是否达到标准要求进行检查。检查主要包含以下3 个部分。

①要对无人机获取影响是否清晰，内容信息是否明确进行检查。②要对当前太阳高度角进行验证检查，判断是否会产生影响阴影，阴影长度是否会对地面物体的清晰度造成影响。③要检查验证当前影响摄影的色彩均衡情况，影像反差状况以及灰度情况。

5 DOM 技术的处理应用

5.1 DOM 技术的影像处理

首先需要进行正射生产环节，对单张航空像片进行正摄影像的分析计算，最终获得影像文件和影像参数两组文件。

随后，对正射影响结果进行可视化的完整影像信息拼接，并对其内部设计的重叠区域进行调整。目前DPgrid 软件具有自动拼接功能，能够对所处位置的影像进行共性信息分析，完成拼接。不过在重叠裁剪拼接后，会出现边缘位置的几何性状畸变和色彩差异状况，需要进行下一步的图像处理。

后期处理操作人员可以在系统当中通过手动添加节点的处理策略，来进行各个部分拼接线的编辑，通过调整拼接线走势的方式，来对拼接线所处的两边影像进行平滑自然过渡，减小色差影响和形变问题，完成拼接编辑。

随后需要进行正射编辑，对局部色彩问题进行调光处理。其中DPgrid 可以使用PS 插件进行交互处理，通过调整局部亮度，来恢复影像的细节信息显示，获取精准度更高的正射影像。

5.2 DOM 常见问题处理策略

在实际的DOM 正射影像处理当中，较常出现扭曲变形、重影模糊等问题，在处理调整中，需要明确问题产生原因，选择合适的处理方法进行处理。

通常情况下，大部分问题出现来源于拼接处理问题，在实际待处理当中需要采用PS 软件来重新对关键拼接信息进行重新调整，以达到拼接线的完全消除效果。

此外，部分情况下还会因为影像画面本身的光影环境复杂，导致色彩色调出现明显差异，影响影像信息的内容传递。目前DPgrid 软件在光效处理中主要采用waliis 滤波器进行色彩调节，但是容易出现多幅影像之间的色彩不一致现象。在后续的处理中，可以借助PS 匀色处理方式对误差较大的区域进行重新的色彩调整，借助亮区和暗区的反选，实现色彩在调教，保证质量效果。