摘要：本文介紹利用無人機拍攝的影像數(shù)據(jù)結(jié)合GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行自由網(wǎng)自動空三加密，然后利用該空三成果匹配DEM、制作DOM，并與2009年的衛(wèi)星正射影像進(jìn)行影像配準(zhǔn)、疊加分析、識別、發(fā)現(xiàn)和定位，提取土地變化監(jiān)測圖斑，并對變化圖斑進(jìn)行面積統(tǒng)計分析，最后將配準(zhǔn)后無人機DOM數(shù)據(jù)疊加變化監(jiān)測圖斑數(shù)據(jù)和監(jiān)測區(qū)域內(nèi)主要行政村名、道路注記以及公里格網(wǎng)進(jìn)行圖廓整飾得到土地利用變化遙感監(jiān)測圖。
關(guān)鍵詞：無人機，影像數(shù)據(jù)論文，空三加密，土地利用，變化監(jiān)測


1引言
人類利用土地的過程是不斷變化的，各國政府一直進(jìn)行著不同層次的土地資源及其利用，土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測是基于同一區(qū)域不同年份的同一時相影像間存在著光譜特征差異的原理，來識別土地利用狀態(tài)或現(xiàn)象變化的工作。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化,及時、精確掌握土地資源的數(shù)量、質(zhì)量分布及其變化趨勢,關(guān)系著土地資源的持續(xù)發(fā)展與規(guī)劃.隨著土地利用變化遙感動態(tài)監(jiān)測研究的深入,特別是應(yīng)用高分辨率遙感數(shù)據(jù),進(jìn)行不同時期土地利用類型轉(zhuǎn)換的監(jiān)測越來越重要。不僅要獲得土地利用變化信息,而且要獲得變化的類型,其實質(zhì)是獲得不同監(jiān)測時期的土地利用變化信息。
在我國各領(lǐng)域信息化建設(shè)均飛速發(fā)展的形勢下，數(shù)字城市、數(shù)字國土、數(shù)字林業(yè)、數(shù)字環(huán)保、數(shù)字公安、數(shù)字能源等數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程明顯加快，并已經(jīng)取得一定的成果。根據(jù)需要，及時的修編和更新地圖，建立定期更新的地理數(shù)據(jù)庫，動態(tài)監(jiān)測土地利用變化情況，以及衍生各類最新時相的專題圖都是需要迫切解決的問題。目前制約這類動態(tài)監(jiān)測的首要因素是能否具備實用化的，高分辨率，連續(xù)穩(wěn)定并能快速接收使用的監(jiān)測數(shù)據(jù)源。近年來,無人機數(shù)字低空遙感憑借其低成本、快捷、靈活機動等顯著特點,已成為衛(wèi)星遙感和常規(guī)航空遙感數(shù)據(jù)獲取的有效補充手段，被廣泛應(yīng)用在地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害調(diào)查、土地利用動態(tài)監(jiān)測、地形圖更新等領(lǐng)域。
2無人機航攝的優(yōu)勢
無人駕駛飛機(簡稱無人機)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。無人機技術(shù)是由飛行平臺載體、機載遙感設(shè)備和相應(yīng)的地面輔助設(shè)備構(gòu)成的一種高科技航空信息系統(tǒng),它主要用于應(yīng)急和搶險救災(zāi),獲取地理、地面地形信息,預(yù)警與軍事,以及地下的地層、地質(zhì)信息等方面。
無人機之所以深受青睞,追根結(jié)底在于它的優(yōu)點多：
1）能快速夠獲取低空高分辨率影像。無人機可按預(yù)定飛行航線自主飛行、拍攝，航線控制精度高，飛行姿態(tài)平穩(wěn)，飛行高度從50m至4000m，可以進(jìn)行云下航攝飛行，從而能盡可能保證拍攝工作及時、準(zhǔn)確地完成。無人機搭載的高精度數(shù)碼成像設(shè)備，航拍的影像具有高清晰、大比例尺、小面積、高現(xiàn)勢性的優(yōu)點，特別適合獲取帶狀地區(qū)航拍影像（公路、鐵路、河流、水庫、海岸線等）。
2）與傳統(tǒng)的航天、航空遙感手段相比，其起飛降落受場地限制較小，在操場、公路或其它較開闊的地面均可起降，其穩(wěn)定性、安全性好，轉(zhuǎn)場等非常容易。另外其操作靈活、維護(hù)使用成本低，經(jīng)濟實用，飛行控制人員培訓(xùn)時間短，在獲取航拍影像時不用考慮飛行員的飛行安全，對獲取數(shù)據(jù)時的地理空域以及氣象條件要求較低，能夠解決人工探測無法達(dá)到的地區(qū)監(jiān)測功能。
3）無人機平臺自主性強，機載數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)可設(shè)置不同的傳感器，可用于應(yīng)急和搶險救災(zāi)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查與監(jiān)測等領(lǐng)域，易于推廣且具有形成產(chǎn)業(yè)化的特點。
3土地利用變化監(jiān)測論文
筆者選取無人機拍攝的東莞市蒲田區(qū)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用變化監(jiān)測，測區(qū)位于東莞市左上角部位，絕大部分地區(qū)屬于平地區(qū)域，局部地區(qū)屬丘陵區(qū)域，測區(qū)內(nèi)人口居住密集，經(jīng)濟發(fā)達(dá)，土地利用情況復(fù)雜多變。
測區(qū)使用無人機進(jìn)行雙拼相機航拍，在航拍后對同一曝光點拍攝的前、后視兩張航片進(jìn)行拼接得到曝光點的影像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)用于空三加密并制作DOM數(shù)據(jù)作為變化監(jiān)測的后時相影像。
另外測區(qū)內(nèi)收集有覆蓋了全測區(qū)范圍的Quikbird全色與多光譜融合的正射影像，地面分辨率為0.5m，獲取日期為20090908，該數(shù)據(jù)是作為配準(zhǔn)糾正控制點讀取來源和土地圖斑變化監(jiān)測時的前時相影像數(shù)據(jù)。

利用無人機影像進(jìn)行土地利用變化監(jiān)測過程的總體技術(shù)路線如圖所示：

3.1無人機影像影像處理技術(shù)
與傳統(tǒng)航空影像相比，無人機影像使用工業(yè)級CCD改裝的數(shù)碼相機拍攝，這種相機為非量測相機，較之傳統(tǒng)的測繪航空攝影儀存在著較大光學(xué)畸變差和CCD陣面非正交性所產(chǎn)生的誤差，不能直接用于空三加密。這就要求在進(jìn)行航空攝影前進(jìn)行相機畸變檢較，然后對獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行畸變差改正。由于CCD數(shù)碼相機拍攝的影像像幅較小，像片數(shù)量多，影響后續(xù)處理工序，目前較多的是在進(jìn)行航空影像拍攝時，使用檢較過的相機進(jìn)行雙拼拍攝，獲取同一曝光點的前、后視影像，然后再對同一曝光點拍攝的前、后視兩張影像進(jìn)行拼接得到曝光點的航攝數(shù)據(jù)論文。
無人機影像的空三加密過程與常規(guī)航空影像處理途徑基本一致，針對無人機影像畸變大、重疊度不夠規(guī)則、像幅較小、像片數(shù)量多、傾角過大且傾斜方向沒有規(guī)律、航攝區(qū)域地形起伏大、高程變化顯著等特點，使用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)PixelGrid能夠快速高效完成無人機遙感影像從空三加密到DEM/DSM、DOM等產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。該系統(tǒng)采取了基于尺度/旋轉(zhuǎn)不變特征和多基線影像匹配技術(shù)的全自動連接點選取及配準(zhǔn)方法以及集群分布式并行處理功能使空三加密、DEM匹配以及正射影像糾正工序?qū)崿F(xiàn)高度自動化處理。
區(qū)域網(wǎng)平差解算可以采用無地面控制點的GPS輔助空三加密，加密成果坐標(biāo)系與GPS數(shù)據(jù)一致，加密精度與GPS數(shù)據(jù)精度相當(dāng)。然后利用加密成果匹配生產(chǎn)數(shù)字高程模型（DEM），并進(jìn)行DEM濾波處理后進(jìn)行單片微分糾正，將單片糾正結(jié)果通過鑲嵌裁切得到監(jiān)測區(qū)域的DOM數(shù)據(jù)。
3.2土地利用變化監(jiān)測工作底圖制作
利用收集到的前時相衛(wèi)星遙感影像作為控制基礎(chǔ)，選取同名點對鑲嵌后無人機DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行多項式配準(zhǔn)糾正，為了保證糾正精度，配準(zhǔn)中誤差不超過2個像素，同名點均勻分布于無人機DOM數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。糾正后應(yīng)進(jìn)行無人機數(shù)據(jù)與衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行套合檢查，套合精度一般不大于5個像素，如達(dá)不到配準(zhǔn)精度要求，應(yīng)增加控制點重新進(jìn)行配準(zhǔn)糾正。對配準(zhǔn)糾正后DOM數(shù)據(jù)按鄉(xiāng)鎮(zhèn)境界范圍外擴100米進(jìn)行裁切分幅，得到分鄉(xiāng)鎮(zhèn)DOM數(shù)據(jù)，作為變化監(jiān)測的后時相影像數(shù)據(jù)。
3.3土地利用變化監(jiān)測過程論文
利用ArcGIS軟件，以衛(wèi)星遙感影像為基礎(chǔ)，根據(jù)配準(zhǔn)后得到無人機DOM正射影像通過自動提取變化圖斑和人機交互式提取變化圖斑兩種方法相結(jié)合來進(jìn)行變化圖斑的分析提取，按照實際影像的變化范圍采集相應(yīng)的變化圖斑范圍，并對每一圖斑進(jìn)行面積統(tǒng)計和賦予相應(yīng)屬性信息。圖斑提取完成后制作圖斑分析表格，表格中以圖斑為單位，每個圖斑為一條記錄，并有唯一的標(biāo)識碼與圖形數(shù)據(jù)相對應(yīng)，有鎮(zhèn)區(qū)、面積、中心點坐標(biāo)、標(biāo)識碼等要素，通過統(tǒng)計表格分析，可清楚了解土地利用的變化情況。
每個圖斑包含的屬性信息見表1。
表1：變化圖斑提取成果屬性表
屬性項 代碼 屬性值
行政區(qū)代碼 XZQDM 441900128
縣名稱 XMC 東莞市
鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱 XZMC 中堂鎮(zhèn)
前時相 QSX 20090908
后時相 HSX 20100708
中心點東坐標(biāo) XZB 19768291.9
中心點北坐標(biāo) YZB 2553291.9
監(jiān)測編號 JCBH 93
變化圖斑監(jiān)測面積 JCMJ 48.2
變化圖斑備注 BZ 1

3.4土地利用變化遙感監(jiān)測圖制作
將分鄉(xiāng)鎮(zhèn)提取的土地利用變化監(jiān)測圖斑數(shù)據(jù)、監(jiān)測區(qū)內(nèi)行政村名注記和主要道路名稱注記疊加分鄉(xiāng)鎮(zhèn)DOM數(shù)據(jù)上，圖斑的檢測編號應(yīng)在對應(yīng)的圖斑位置上進(jìn)行表示，并疊加鄉(xiāng)鎮(zhèn)境界數(shù)據(jù)和公里格網(wǎng)并進(jìn)行圖廓整飾，然后按一定的比例尺打印輸出成TIFF影像格式，輸出影像像素分辨率為0.5米，得到土地利用變化遙感監(jiān)測圖。

3結(jié)束語
無人機低空航攝具有靈活機動、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低的特點,在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)快速獲取高分辨率影像方面具有明顯的優(yōu)勢。隨著無人機與數(shù)碼相機技術(shù)的發(fā)展,基于無人機平臺的數(shù)字航攝技術(shù)已顯示出其獨特的優(yōu)勢，無人機與航空攝影測量相結(jié)合使得“無人機數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領(lǐng)域的一個嶄新發(fā)展方向，在應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取、地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害調(diào)查、土地利用動態(tài)監(jiān)測、地形圖更新等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

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