-现代测绘理论与技术论文

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1、现代测绘理论与技术院专姓学系：业:名：号：国土资源工程学院地图制图学与地理信息工程 李勇发授课老师:2014201048方源敏2013年12月10日李勇发（昆明理工大学国土资源工程学院，云噩明650093）摘要：由于卫星接收数据有一定的局限性，无人机遥感技术可以弥补卫星遥感和大型航空摄影测量的不足 之处，大幅提升矿产资源监测力度。传统的单一分类方法不仅导致无人机高分辨率遥感影像分类精度降低， 而且也会造成空间数据大量冗余，资源浪费。航天遥感并不能完全代替航空遥感，无人机低空遥感系统因其造价低廉、起降方便、操作灵活、机动 性强等特点，而被广泛应用于小区域航空摄影测量（如工业广场平面图测绘、新农村

2、建设规划等1危险区 域目标影像获取、灾害监测与应急指挥、海上空中缉私巡逻等领域。无人机遥感系统所代表的无人化、全 自动化、高效率化、高分辨率化是未来航空遥感的主要发展趋势之一。本文首先介绍了无人机的应用现状 与系统组成，分析了无人机遥感系统的优缺点，研究了基于ERDAS LPS软件的数字正射影像（DOM）制作、 高精度数字高程模型（DEM）的构建以及大比例尺倾斜影像图的制作方法。此外，本文还研究分析了无人机 低空遥感影像和激光点云数据在三维建模方面各自的优点和存在的不足，并探索了将两者融合应用于三维 建模方面的技术问题和前景。关键词：无人机遥感系统；GPS/INS辅助空中三角测量；数字正射影像

3、图Application of low-altitude UAV remote sensing imagesLi Yongfa（Kunming University of science and technology, Yunnan Kunming 650000）Abstract： As satellite reception of data has some limitations, UAV remote sensing technology can make up for the inadequacies of large-scale aerial photography and sate

4、llite remote sensing measurements, significantly enhance the monitoring efforts of mineral resources, the traditional single classification method not only lead to lower the high resolution remote sensing image classification accuracy, but also result in a large number of spatial data redundancy and

5、 wasting of resources.Spaceflight remote sensingt completely replace airborne remote sensing. Due to low cost, taking off and landing convenience, flexible operation, strong mobility and other characteristics, unmanned aerial vehicle low-altitude remote sensing systems are widely used in small area

6、aerial photogrammetry （such as surveying and mapping of industrial square plan, new rural construction plans and so on）, target image acquisition of dangerous areas, disaster monitoring and emergency command, anti-smuggling patrols in sea and air and other fields. The unmanned trend, fully automatiz

7、ation, high efficiency and high-resolution represented by UAV remote sensing system are the major trends of future airborne remote sensing.Keywords: UAVRS; GPS/INS-assisted aerotriangulation; DOM1研究背景和现状1.1. 研究意义和背景伴随着我国经济的高速发展，工业化、城镇化的速度加快，矿产资源的供求矛盾显得越 来越尖锐，矿产资源开发中存在的深层次矛盾和问题尚未得到解决。例如我国矿产资源分布 点多面广，

8、数量多，分布面积广1，政府各部门管理机关督力量薄弱，因此许多矿山违法开 采行为或者矿山环境污染问题无法及时发现及时管制。在一些地方政府管辖范围交接的区 域，或者交通不很便利的地区，矿产资源的开采秩序十分混乱，甚至出现了无人监管的现象， 越界开采、无证开采、私自改变开采方式等乱采滥挖现象十分常见，这使得国家对矿产资源 开发利用的管理更加困难，给人民群众带来了难以统计的损失。目前矿产区域的地质环境问 题日趋严重。塌陷、崩塌、滑坡、突水、煤层自燃等地质灾害频发，金属矿产的尾矿库溃坝 等，地质灾害突发性强，监测困难，严重影响着人们群众的生命财产安全。为了全面整顿和 规范矿产资源开发秩序，遏制非法采掘行

9、为，更有效的对土地进行监测和管理，国土资源部 于2008年一一2015年对全国的所有矿山进行一次全面普查。中国地质调查局主持了公 益性项目矿产资源多目标调查与遥感监测。因此，利用先进的科技手段进行矿产资源开 采的治理已经刻不容缓。许多国家利用包括遥感技术、地理信息技术、全球定位系统技术等 多学科交叉理论体系，建立起一套比较完善的矿产监测系统，但是由于卫星接收数据有一定 的局限性，包括云雾遮挡、地形限制等，有些山地区域，卫星不一定能实时接收到良好的影 像数据，因此，急需一些新型传感器遥感监测技术发挥新的优势。因此，研究无人机遥感 技术可以弥补卫星遥感和大型航空摄影测量的不足之处，大幅提升矿产资源

10、监测力度，应 用高分辨率遥感数据，查明矿山开采状况和矿山环境，为国土资源部和地方有关部门综合治 理矿山开发秩序、矿山生态环境的保护、恢复治理提供科学依据，减少违法犯罪的行为。同 时可以应用于其它地震灾害、林业监察，土地利用调查、城市规划、数字城市、农业统计等 领域。1.2. 国内外研究现状1.2.1.无人机遥感技术研究现状无人机由地面遥控站通过无线电通信控制飞机的起飞，到达指定空域，实行遥感操作， 以及返回遥控站降落等操作，无人机遥感平台的出现为地理国情监测及应急指挥需求，提供 了一种新的技术途径5。无人机遥感具有机动性、灵活性和安全性，可以获得高分辨率、多 视角的遥感影像。拥有无需专用跑道场

11、地，升空准备时间短，容易操控等优点口，比较适 合地形复杂地区及南方丘陵、多云地区。并且能够在危险和恶劣环境下（如森林火灾、火山 爆发等）直接获取高分辨率影像。目前，国内外对低空数码遥感的研究主要集中在系统平台 本身、获取数据的精度问题、正射影像的无缝拼接技术上。低空遥感系统依据平台的不同分 为无人驾驶低空遥感系统和轻小型多功能对地观测传感器系统。无人驾驶飞行器可分为固定 翼无人驾驶飞机、无人驾驶直升机、无人驾驶飞艇、无人驾驶系留气球等种类。竹林村8 等人对上述低空遥感系统进行了较为详细的研究，认为该系统具有成本低、速度快、效率高、 转向灵活、转场方便等优点，但也存在有效载荷小、易损坏、抗风能力

12、较弱、遥控电子信号 易受外界干扰、成果精度不高、需要专业后期处理软件、受起降场地制约等不足。中测新图 （北京）遥感技术有限责任公司自主研发的无人机遥感系统广泛运用了新技术、新材料和新 工艺，克服了载荷小、精度差等缺陷，实现了数字化、模块化和智能化，已成为当前应用最 为广泛的低空高分辨率遥感影像数据快速获取系统叭目前，国内有中国测绘科学研究院、 安尔康姆航空科技有限公司、青岛飞宇航空科技有限公司、北京科源轻型飞机实业有限公司、 国家遥感中心、中国科学院、北京龙圣联成航空与武汉大学等多家单位致力于低空遥感的有 关研究和应用10。国内外应用比较广泛的遥感影像测图系统主要有美国Automatric公司

13、的 AIMS、美国ERDAS公司的LPS、加拿大阿波罗公司的PCI、瑞士徕卡公司的Helava以及我国 的 JX-4CDPS、VirtuoZoNT 等ei。1.2.2. IMU/GPS辅助航空摄影测量技术发展现状IMU/GPS辅助航空摄影技术可以直接获取摄影瞬间像片的六个外方位元素，无需或只需 极少数的地面控制点，即可用于中小比例尺成图而不必做空三，而大比例尺成图时也只需做 自动空三，可缩短成图周期、节约成本。该技术是在1993年被德国人Schwarz首次提出屹， 2001 年欧洲 OEEPE(The European Organisation for Experimental Photogr

14、ammetrie Research)组织了 13家公司和研究机构，通过空三、直接定向法和IMU/GPS辅助空三之间的 对比，对IMU/GPS辅助航空摄影技术的精度进行了一系列的研究1314。2004年，在国际摄 影测量与遥感大会上，IMU/GPS辅助航空摄影技术被认为是未来航空遥感技术发展的趋势。目前IMU/GPS技术主要采用差分GPS方法，解算模型简单、待估参数少、定位精度高。但不足之处是作业时，需要至少一台接收机置于基准站上进行连续观测，因 而影响了作业效率，并随着用户与基站距离的增加，对流层延迟、电离层延迟等误差的相关 性减弱，精度会降低。针对这些缺点，张丽娜等人提出了在IMU/GPS辅

15、助航空摄影中应用精 密单点定位技术的解决方案。李学友1等人研究了在IMU/GPS辅助航空摄影测量中出现GPS 信号干扰、加密区域划分以及能达到的精度等问题，当航摄和成图比例尺分为1:5000和 1:1000时，在加密分区四角加入少数地面平高控制点的方法达到成图规范要求。蒋齐跃9 以广西百色地区为对象，研究了 IMU/GPS辅助航空摄影测量在多山地区高程精度的控制方 法，并探讨了加密区域的选择技巧及检校场设置等问题。1.2.3. 数字正射影像图制作方法及应用研究现状目前正射影像图(DOM)的制作软件比较多，不同遥感系统获得的影像数据的处理方法 也不尽相同。Heipke等人提出“Point Int

16、erface”法，即通过在每对模型立体定向前先进 行相对定向以便消除y视差，可以得到更高精度的DOM11。王宪民1研究了利用已有城区的 DOM、DEM数据资料，利用ERDAS OrthoBase实现了城区DOM的快速制作方法。刘小明彩等 人发现全数字摄影测量系统生产DOM其实只是对地面进行了纠正，房屋等地物任存在倾斜误 差，指出要实现真正意义上的DOM还需进行深入的研究。在DOM的应用方面，对于如何削弱 正射影像中地物阴影的问题，彭玉群通过使用纹理外推法对地形比较简单的区域进行处理， 指出平方变化算法和指数变换算法效果最好。张坤11 把DOM与DEM复合建立数字影像高程模 型DOEM，在GIS

17、软件的支持下，通过对区域内的研究对象进行定量和定性的研究分析，实 现了 DOM在防洪减灾中的应用。李学友12认为由DOEM生成的三维自然静态景观图，在旅游、 规划、土地利用、水土保持等领域都有很好的应用前景，并利用OpenGL实现了其三维动态 仿真模拟。利用DOM提取建筑物信息，国内外研究人员已经建立了众多的模型，如胡翔云的 基于最小二乘平差模型的房屋半自动提取算法、梅雪良的基于多线索设别的规则房屋三维自 动重建、Kokubu和Kohiyama提出的利用影像颜色和3D数据自动提取建筑物信息的方法等， 但至今还没有一种无需人工干预并且适用任何比例尺、任何类型的建筑物自动提取算法14。2. 无人机

18、航空摄影测量2.1. 无人机的应用现状无人机起源于第一次世界大战期间，最早被用于战场侦察监视。上世纪美苏冷战期间是 无人机发展的成长时期，北约集团与华约集团纷纷在此领域投入了大量的研究，用来侦察对 方的军事目标。我国的无人机研究始于20世纪50年代后期，具有起步晚、基础差、起点高、后劲足的 特点。先是以高等学校为依托建立了无人机设计研究机构，面向科研和军队服务。改革开放 以后，民间资金和民营企业开始涉足无人机研究，逐渐把无人机带入了为国民经济发展服务 的民用领域，作为对地观测技术应用的飞行平台，用以装载各种小型对地观测仪器，可在任 何时间飞临任何地点的上空，执行包括科研试验和业务操作等几乎所有

19、类型的遥感飞行任 务。作为对地观测应用中最为普通、最易获得的平台，无人机航空遥感技术在世界范围内得 到了广泛的应用。据不完全统计，目前世界上30多个国家和地区研制出了 50多种无人机， 无人机型号超过300余种，55个国家装备了无人机（图2-1）。图2-1无人机Fig2-1 UAV2.2. 无人机遥感系统的组成目前无人机遥感系统在国内是竞相研究的热点，根据中华人民共和国测绘行业标准 （CH/T 3002-2010）对无人机遥感系统的技术要求，无人机遥感系统的组成一般包括：飞行平 台、飞行导航与控制系统、地面监控系统、任务设备、数据传输系统、发射与回收系统、野 外保障装备以及其他附属设备（图2-

20、2）：无人机遥感系统图2-2无人机遥感系统组成Fig2-2 Systerm Components of UAVRS2.3. 无人机航空摄影测量的特点无人机具有操作轻便、机动灵活、价格便宜等优点，但由此带来的体积小、载荷轻等缺 点，使得无人机遥感影像和普通航空影像之间产生一定的差异，并且对无人机航空摄影测量 的操作要求也更为严格。一般来说，无人机遥感系统的主要特点是使用非量测相机、飞行姿 态不稳定、像幅小、基高比小、重叠度大等。2.3.1.非量测相机非量测数码相机是指没有经过标定的相机，其内方位元素和畸变系数未知且性能不够稳 定，不能直接进行像位的解析计算，因此非量测数码相机被用于航空摄影测量之

21、前，需要进 行检校即标定。标定的目的是解算相机的内方位元素和镜头的畸变参数。由于相机在组装过 程中受人为因素影响，即使同一品牌同一型号的数码相机其内方位元素和镜头畸变参数也不 尽相同。因此，用于航空摄影测量的数码相机的标定工作，直接关系到能否满足成图精度的 要求目前，国内无人机遥感系统使用的非量测数码相机种类比较多，只要能满足体积小、重 量轻、有效像素大于2000万、电子快门速度大于1/1000S等指标，经标定后，均可用于航 空摄影测量。如佳能5D Mark II、尼康D200、索尼A900、徕卡S2等。2.3.2. 姿态不稳定无人机由于机体小、重量轻，在空中工作比有人驾驶飞机更容易受到气流的

22、干扰。传统 的航空摄影测量，若使航向重叠度为60%、旁向重叠度为30%，飞机的姿态角只要控制在3 内即可满足要求。而无人机在同样气流条件下，姿态角一般可达10以上。因此，为了保 证无人机航摄影像的质量，要求其航向重叠度为70-85%、旁向重叠度为35-55%。无人机姿 态角的不稳定会产生以下影响：(1) 需要新的初始值计算方法。(2) 基于灰度的相关系数匹配失效。(3) 计算量增加。因为重叠度的增大，同等面积的摄区需要更多的照片来覆盖，内业 处理任务量也随之增加。(4) 观测值个数增多。重叠度增大，观测值个数增多，一定程度上使得解算更加稳定 和可靠。2.3.3. 像幅小、基高比小光学航空摄影测

23、量的像幅一般为23cmX23cm，而无人机摄影测量所采用的像幅使用的普 通数码相机的像幅要小得多，仅为2.4cmX3.6cm，这样会造成航摄基线变，基线与航高之 比变小(图2-3)，从而使空中三角形不稳定，降低了解算的稳定性。同时，像幅小意味着 单幅影像覆盖面积小，使得在制作正射影像图时像对模型增多，大大增加了模型接缝、切换 和接边的工作量。菱线A 基线R,Fig2-3 Small Scense3. 无人机遥感影像数据的预处理3.1. 遥感数字图像及特征遥感数字图像是以数字形式采集、存储、运算、表达、传输的遥感影像，其最基本单位 是像素。像素是是计算机图形处理的最小单元，其所具有的空间位置特征

24、和属性特征是整个 图像信心表达的关键。像素特征有三个：大小、空间位置和属性。像素的大小即成像元件的 尺寸大小，也称为图像的分辨率。像素值越大，图像分辨率越低，对图像的细节表达越不清晰，但一幅图像所包含的像素数量会减少，降低了数据存储空间。反之，图像分辨率越高，对图像的细节表达越清楚，数据存储空间越大。在实际应用过程中，需寻找图像细节表达与数据量之间的最佳平衡以确定像素值的大小。遥感数字图像具有以下几个特点：（1）直观形象性。遥感数字图像是制图区域地理环境与制图对象进行“自然概括”后的 照片，能够直观形象地反映地势的起伏，河流的蜿蜒曲折，是场景的真实再现。（2）信息量丰富。遥感数字图像与普通线划

25、地图相比，不存在空白区域，利用遥感影像 数据可以解译出大量的信息，如建筑物、树木、山脉、河流等。（3）数学性。每一幅遥感数字图像都是一个数学矩阵，一个像素对应一个坐标值，可以 由计算机进行处理或机器辅助信息提取。（4）现势性强。遥感数字图像由航天平台和航空平台获取，速度快、成图周期短，具有很强的现势性。3.2. 遥感数字图像处理内容遥感数字图像处理是指在计算机的额辅助下对遥感图像进行一系列的操作、以求达到某 种目的的过程。根据不同的目的，可分为以下几种：（1）图像转换图像转换有两种含义，一种是数字图像与模拟图像之间的互相转换，另一种是为了使图 像处理问题简化或有利于图像特征提取等目的而实施的图

26、像变换工作，如傅里叶变换、小波 变换、哈尔变换、离散余弦变换等。（2）图像校正遥感数字图像的校正主要包括辐射校正和几何校正。辐射校正指校正因大气密度不均匀 和因传感器本身影响而产生的辐射误差。进入传感器的电磁辐射强度反映在像素的亮度值。 辐射越强，亮度值越大。亮度值与地物的反射率或者发射率在理论上保持严格的对应关系， 但因受大气辐射或者受传感器本身产生辐射误差的影响，对应关系被改变，这一改变部分就 需要校正。（3）图像增强采用一系列措施改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度、对比度，突出所需的信息的工作称为图像增强。图像增强处理不是以图像保真度为原则，而是设法选择突出便于人或计算机分析某些感兴趣

27、的信息，抑制无用信息，以提高图像的使用价值。数字图像增强并没有统一的理论，只是靠人的主观感觉、经验判断来确定。其方法包括：对比度增强、空间滤波、色彩转换等。（4）多源信息复合多源信息复合是指将多种遥感平台，多时段遥感数据以及遥感数据与非遥感数据之间的 信息组合匹配技术。复合后的遥感图像数据将更有利于综合分析，提高遥感数据的可应用性， 同时也为进一步应用地理信息系统技术打下基础。（5）计算机解译处理从广义的遥感数字图像处理来讲，计算机解译处理也处于图像处理范畴。在计算机图像解译过程中，要综合运用地学分析、遥感图像处理、地理信息系统、模拟识别与人工智能技术，这些技术的运用都应在计算机系统支持下进行

28、，采用相应的遥感数字图像的处理方法。3.3.遥感影像预处理3.3.1.滤波处理数字图像噪声产生是一个随机过程，其主要形式有高斯噪声、椒盐噪声、泊松噪声、瑞 利噪声等14】对数字图像去除噪声的操作称为滤波处理，主要方法有空域滤波和频域滤波。（1）空域滤波空域滤波是使用空域模板进行图像处理的方法，它直接对图像的像素进行处理，属于一 种邻域操作（Neighborhood Operation）。空域模板本身被称为空域滤波器。空域滤波的原理 是在待处理的图像中逐点地移动模板，将模板各元素值与模板下各自对应的像素值相乘，最 后将模板输出的响应作为当前模板中心所处像素的灰度值。空域滤波从数学形态上又分为线

29、性滤波和非线性滤波。（2）频域滤波频域滤波是变换域滤波的一种，它是指将图像进行变换后（图像经过变换从时域变换到 频域），在变换域中对图像的变换系数进行处理（滤波），处理完毕后再进行逆变换，获得滤 波后的图像。频域滤波的主要优势是，在频域中我们可以选择性的对频率进行处理，有目的 地让某些频率通过，而把其他的信号阻止（图3-1）。目前使用最多的变换方法是傅里叶变 换。反向变换（由频域到时域）M-l NTF（u, v）=刘 f （时）厂商带+x=D y=D图像频域滤波的基本步骤如图3-2所示。图3-2频域滤波的基本步骤Fig3-2 Basic steps for filtering in the f

30、requency domain4. 无人机低空遥感影像应用实例4.1. 地理信息数字产品及应用地理信息数字产品通常意义上是指通过一系列的地理信息系统分析处理得到 的数字正射影像图（DOM），数字高程模型（DEM）、数字线划地图（DLG）、数 字栅格地图（DRG）以及4D产品的复合模式，是国家基础地理信息的主要形式。4.1.1. 4D 产品（1）DOM数字正射影像图（DOM）是利用对地观测技术获取的遥感影像，经过滤波、像元纠正、 镶嵌配准等程序处理之后，被正射投影到高斯椭球平面上的影像数据，并按国家基本比例尺 地形图图幅范围剪裁生产DOM带有公里格网、图廓整饰和地图注记，拥有丰富的直观信息， 具

31、有良好的可判读性、可量测性和现势性，从中可直接提取自然地理信息和社会经济信息。 DOM目前是我国1:5万、1:1万基本地形图更新的主要数据源，被广泛应用于区域规划、国 土管理开发、农（林）业资源调查、环境动态监测、国家大型基础设施建设等国民经济领域。 同时，未来社会经济的管理、仿真运算操作、“数字地球”运行分析，将在相当大的程度上 也依赖于DOM。（2）DEM数字高程模型（DEM）是将实际空间分布的地形特征的地形信心以数字形式按一定的结 构组织在一起、用于表达地面起伏形态的数字集合，其表现形式分为不规则三角网（TIN） 和规则格网（GRID）两种。DEM数据的来源途径主要有地面测量、现有地图的

32、数字化、航空 数字摄影测量、空间传感器、LIDAR地形测量。DEM是地理信息系统中进行地形分析和三维 可视化的核心数据系统，目前已经成为地球空间框架数据的基本内容和各种地理信息的载 体。其具体应用有：透视图、断面图的制作，重大工程中土石方计算、起伏表面的覆盖面积 统计，以及其他与高程有关的地貌地形分析、通视条件分析、洪水淹没区分析等领域。（3）DRG数字栅格地图（DRG）是纸制地形图的栅格形式的数字化产品。对纸质地图或其他形式 的模拟地形图，通过扫描生成一维阵列影像，并对每一系统的灰度（或分色）进行量化，然 后再经过图形定向、几何校正、色彩纠正即形成数字栅格地图。其地图内容、几何精度和色 彩都

33、与国家的基本比例尺地形图保持一致DRG可作为背景数据，用于数字线划地图的采集、 评价和更新。还可与数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等数据信息集成使用， 派生出新的可视信息，从而提取、更新地图数据，绘制纸质地图。（4）DLG数字线划地图（DLG）是在现有地形图基础上把地理要素分层存储的矢量数据集，保存 了各要素之间的空间关系和相关属性信息，全面的描述目标地物。DLG既包括空间信息也包 括属性信息，可用于城市规划建设、自然资源管理、投资环境分析等各个方面以及作为人口、 环境、资源、交通、治安等各专业信息系统的空间定位基础。4.1.2. 4D产品的应用及生产流程4D产品构成了地理信息

34、系统的基础数据框架，用户可依据自身的要求选择适合自己的 基础数据产品，开发各种专题地理信息系统。如在电力管理信息系统中引入适当的GIS系 统，可以为电力管理提供行之有效的辅助决策方法应用于地名数据库管理，可提高人们对城 市的监控能力；应用于房地产管理，将空间数据与大量的非空间数据（属性数据）结合起来， 可维护房地产市场正常、高效运行发挥重要作用；应用于规划管理，可提高办事效率；利用 矢量数据（DLG）与栅格数据（DOM）相结合，可使GIS的信息表达更加丰富，形象生动， 并服务于交通、管线、通信、银行、土地等部门。目前数字摄影测量是制作4D产品最主要、 最快捷、最方便的数据来源，拥有其他测量手段

35、不可比拟的技术优势。基于遥感影像的4D 产品生产流程如图4-1所示。图4-1 4D产品生产流程图Fig4-1 4D Products Production Process4.2.基于ERDAS LPS的无人机遥感影像快速处理技术4.2.1. ERDAS LPSERDAS IMAGINE是由美国ERDAS公司开发的专业遥感影像处理和地理信息系统软件，其 最大的特点是模块化，用户可根据自己的专业领域和资金情况，合理的选择适合自己的功能 模块组合。LPS模块是ERDAS公司和Leica公司在原来OrthoBase模块基础上改进的产品， 能够直接完成自动定向、空三加密、DEM自动提取和编辑、DOM制作

36、、影像纠正、纹理提取、 三维景观模型制作等工作。在高性能软硬件的支持下，LPS模块是一套功能强大、操作简便、 运行稳定的数字摄影测量系统。4.2.2. LPS制作DOM的具体操作（1）数据准备在LPS中制作DOM所需要准备的数据包括：航测区域的完整航片，航拍使用数码相机的 几何参数，测区地面控制点的大地三维坐标，有时候还需要用于检验成果的基准数据如现有 地形图、DEM等。（2）创建工程创建一个后缀名为.BLK的工程文件，之后的所有操作都将在该文件之下进行。其所要 包含的参数设置有：相机种类“Digital Camera”，地图投影带“UTMWGS84North*”，航高， 相机参数等。（3）数

37、据导入，建立影像金字塔LPS支持一次导入多张航片。当航片比较少时，可以一次性导入；但大多时候，我们是 把单航带数据导入分批处理。数据导入后先要建立影像金字塔,图像的金字塔计算有利于优 化图像的显示效果和自动同名点的定义。图4-2影像金字塔结构Fig4-2 Image pyramid frame（4）内定向、外定向内定向即设置数码的相机的内方位参数；外定向通过实测地面控制点信息获取，并在影 像上选择对应的像点。控制点一定要选取在相邻航片的重叠区域，每一个重叠区域不少于3 个。（5）自动提取同名点、执行空三测量同名点自动提取就是把两幅或者多福图像上共同出现的点，测量其在影像上的坐标位 置，实质上就

38、是影像匹配。完成同名点的自动提取之后，即可执行空三测量，得到同名点的 三维坐标。4-3选取控制点图4-4空中三角测量Fig4-3 collect control pointFig4-4 Aerotriangulation（6）自动提取DEM，影像纠正通过计算机自动提取的DEM精度一般不是十分的准确，但是只对于航片的正射纠正来 说，精度已经足够。正射影像纠正是根据相片的内、外方位元素和摄区的DEM采用数字纠正 来完成，属于三维的影像纠正法。（7）影像镶嵌、总体拼接及整饰完成正射影像的纠正以后，既可以对工程文件下的影像进行镶嵌。一般来说，影像的边 缘部分是不能够得到纠正的，或者说纠正效果不好，所以

39、要把边缘裁掉。4.2.3,倾斜遥感影像图DEM纠正研究倾斜遥感影像图，即“鸟瞰图”，不仅具有良好的直观视觉立体性，而且也是地理信息 系统中重要的遥感基础数据。倾斜遥感影像的获取方式不同于传统的正射影像数据，它是在 照片的获取阶段，数码相机的镜头不是垂直地面而是以一定的倾角（45）进行拍摄而获得。 在ERDASLPS中，倾斜影像的制作和正射遥感影像的制作方法基本一致，只是在“计算机自 动提取DEM”阶段需要改进。由于倾斜影像的变形要比正射影像大的多，虽然计算机自动提 取DEM的精度基本满足正射影像的纠正，但并不能够使倾斜影像得到良好的纠正。对此，怎 样提高DEM的精度，使之能够满足倾斜影像的纠正

40、，本文给出以下三种解决办法：（1）将自动提取出的DEM输出为grid文件，并在Arc / Info下用latticecontour命 令将其转为等高线矢量文件，并对其明显错误之处进行修改。再利用ERDASIMAGINE提供的 产生3D表面的工具，将其转回为DEM。此法有赖于操作员技术水平的高低，被处理后的DEM 虽不会再有明显的误差，但精度提高有限。（2）将自动提取出的DEM以ASCII码的格式输出，生成LIDAR系统生成的点云，然后 导入TerraSolid软件中，利用TerraSolid软件的分类、滤波功能，设定一定的阀值，提取 地面点，滤除地物点。经过处理后的DEM精度会有明显的提高。（

41、3）把DEM转化成点云形式以后，导入Geomagic Studio软件中。Geomagic Studio 软件是一种逆向工程软件，专门处理点云数据，相比TerraSolid软件，它不仅细节编辑功 能更为强大，而且具有点云补洞和加密功能，所以，DEM数据经过Geomagic Studio处理过 之后，精度提高的最大。经过高精度DEM纠正后的倾斜影像，能够顺利在满足限差的条件下 完成整体拼接。图4-5 DEM前后滤波对比图Fig4-5 DEM comparison chart before and after filtering5. 无人机遥感影像与LiDAR点云数据的融合应用研究5.1. 多源遥

42、感数据融合应用前景过去十多年之中，在三维建模领域和三维可视化领域，基于航空遥感影像和卫星遥感影 像的数字摄影测量技术一直占据主导地位。但近几年来，一方面随着对地观测技术的发展， 遥感影像呈现了多时相、多角度和高分辨率的特点，使数字摄影测量的应用多态化；另一方 面，随着新兴测量技术如三维激光扫描的崛起，三维GIS中的遥感数据应用表现出多源化。5.2. 遥感影像与点云数据在三维建模上的融合应用5.2.1. 遥感影像在三维建模上的应用长期以来，城市三维景观可视化的研究一直是国际上GIS及其相关学科的研究热点。随 着科技的进步、城市的发展，人们对城市三维景观技术的应用需求日益增加，使得城市三维 景观可

43、视化技术得到了非常迅速地发展。发展城市三维景观的先决条件就是拥有描述城市地 形、地物、建筑物空间位置信息以及描述地表真实覆盖状况的纹理影像信息。目前，航空遥 感是获取城市地面高分辨率影像和地物描述信息的主要手段，而无人机遥感影多角度、超高 分辨率的特点更加为城市三维景观提供了丰富、完整的数据。5.2.2. 点云数据在三维建模上的应用与其他建模技术相比，三维激光扫描系统获取的点云数据之所以在三维建模方面具有无 可比拟的优势，主要是因为点云数据具有以下特点：（1）高精度、高密度、形状描述。目前地面三维激光扫描的点云面拟合精度可以达到 2mm，点扫描密度达到1mm，点云形状即是扫描对象的表面形状，高

44、度附和。（2）信息量丰富。点云数据不仅仅具有三维坐标信息，还包含了扫描对象表面的反射 强度信息和色彩信息。（3）点云数据全数字特征，可将获取的点云直接加载到数据处理软件中，非常利于信 息的传输、加工和表达。正因为以上特征，三维激光扫描被广泛应用于文物的数字化保护、工业逆向工程、不规 则物体建模等高精度、高细节领域。但限于技术的局限性，特别是地面三维激光扫描技术， 目前还并不能独立应用于超大面积场景的三维建模，对高大建筑物的细节纹理获取也比较有 困难。5.2.3. 无人机遥感影像和点云数据综合建模无人机遥感影像与三维激光扫描点云数据的综合建模过程，其实质就是两种建模技术优 势互补的过程。遥感影像

45、建模的优点在于可以大面积、大区域、快速的完成三维地形的可视 化，点云数据建模的优点是高精度的对建筑物建模。综合建模中，解决问题主要基于两个出 发点：（1）以高分辨率的低空遥感影像解决点云建模的大场景纹理映射问题；（2）以高精度 的点云弥补遥感影像对建筑物建模的在精度和细节表现上的短处。两者综合建模的具体流程 如图5-1所示：图5-1综合模型图Fig5-1 Intergrated Modeling Process6.结论航天遥感并不能完全代替航空遥感，无人机低空数码遥感系统因为其造价低廉、起降方 便、操作灵活、机动性强等特点，而被广泛应用于小区域航空摄影测量、危险区域目标影像 获取、自然灾害应急

46、监测、海上空中缉私巡逻等领域。无人机遥感影像作为传统航空摄影测 量和卫星遥感的补充，在目前的数字城市、数字校园等三维地理信息系统中的应用越来越广 泛，本文针对无人机低空遥感系统和其多角度、高分辨率的遥感影像做了如下的研究：（1）研究了无人机的发展历史、应用现状、系统组成做了概述，总结了无人机低空遥感系统的优点和缺点。（2）研究了遥感数字图像的处理方法，对遥感图像的滤波处理和镜头畸变校正原理做 了详细的论述，并结合实例，给出了未校正图像和校正后图像的参数对比，说明了遥感图像 预处理的重要性。（3）研究了无人机低空数码遥感影像和三维激光扫描点云数据在三维建模方面各自的 优点和不足之处，初步讨论了两

47、者在三维建模方面融合应用的技术问题和前景。无人机的发 展历史虽然悠久，但大规模应用于国民经济的发展领域和地理信息产业领域，还是GPS定位 系统和大规模集成电路成熟以后，因技术的制约，无人机遥感系统还存在如下缺点：（1）载重少，续航时间短。目前大部分的无人机遥感系统载重为2kg，续航时间为1.5h， 因此无人机只能用于小范围的航空摄影测量。（2）测图精度不高。由于载重少，一方面高精度GPS定位系统和惯导系统并不能全部 集成在无人机上，另一方面受气流影响比较大，飞行姿态不稳定，最终导致因此空中三角测 量精度相应降低了很多。参考文献1 Gewin V. Mapping opportunities J

48、. Nature, 2004, 427:376-377.2 GUO Huadong. Digital Earth: Ten Years Development and Prospect. Advances in earth scienceJ.2009,24(9):955-961.3 国家航空摄影总体规划研究报告(征求意见稿)R.国家测绘局，2001.4 李学友.GPS/IMU辅助航空摄影测量原理、方法及实践D.郑州：中国人民解放军息工程大学，2005.5 袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用M.北京：测绘出版社，2001.6 国民经济和社会发展十二五规划纲要R.国家发改委，2011.7 丁

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