基于无人机航测的区域土地覆盖动态变化特征提取方法

基于无人机航测的区域土地覆盖动态变化特征提取方法

王远龙

山东鸿鹄测绘科技有限公司  山东省菏泽市  274100

摘要：无人机航测技术是飞机遥感技术、卫星遥感技术之后研发出的一种可测量空间数据的新型航空遥感技术。当前，该技术被应用于多个领域，尤其是在应急测绘、自然资源监测等工作中，更具推动作用。通过应用无人机航测技术，可实现影像的快速传输，且拥有较高的分辨率与灵活程度，为土地综合整治提供可靠技术支持。

关键词：无人机航测；区域土地；变化特征；植被指数

引言

无人机航测是在航空摄影测量技术上发展而来的新型测绘技术，该技术具有作业周期短、成本低、机动灵活性强等应用特点，在小范围及飞行相对困难的区域中，该技术能快速捕获各类型土地的即时覆盖特征。在土地覆盖范围提取中，高分辨率遥感卫星数据存在影像拍摄耗时长、数据存档不及时等问题，且随着土地覆盖面积的增大，航测数据时效性也会逐渐下降。而无人机航测技术则可较好地解决上述问题，对于机组平台而言，无人机设备可随时出发执行拍摄任务，相较于有人机测绘与轨道卫星，该方法能在短时间内完成巡航任务，并可在此过程中向用户展示航测结果，且其作业效率极高，能独立完成各种土地巡航指令。

1无人机航测技术发展及应用

我国无人机发展始于20世纪60年代，此时无人机专向应用于军事领域，随着技术的发展以及民用资本的不断积累，20世纪80年代处于经济发展活跃地区的技术型企业加大对民用无人机的开发。无人机航测技术得到广泛应用的历史时刻是2008年汶川大地震，突如其来的地震，一时间将所有无线电信号全部切断，国家测绘部门协同于网络信号架构部门迅速部署，通过临时搭建的信号发射塔，将飞机进行悬飞指令设定，第一时间将动态性土地测绘信号回传至终端救援中心，而此时使用的无人飞机正是具有中国自主产权技术的大疆无人机。从此无人机被测绘人员抢购，一时间无人机供不应求，国家针对无人机销量的飞升制定了无人机飞行驾驶资格考试科目设定，规范无人机遥控操作驾驶。受限于21世纪初期的影像分辨率以及传输速度等多方面影响，初代大疆无人机存在拍摄重叠、信号更新存在延迟等情况。但随着大疆等一批先进的无人机制造公司加强对信号建设以及影像合成系统的大力研发，将位置信号更新存在延迟等问题解决，使无人机在房屋区域测量、自然灾害动态监测领域广泛应用，成为了国家指定测绘机构战略合作伙伴。

2无人机航测技术优势

2.1操作简单

工程测量中应用无人机航测技术，无人机不需要专业驾驶员进行操作作业，只需要无人机控制人员对拍摄影像随时注意查看，注意观察无人机的飞行状态。无人机操作技术也越来越简单，小型无人机机身、体积及重量都大大减少，最小的无人机只有巴掌大小，在手上就可以实现起飞与降落。无人机航测技术相较于传统客机航测技术大大减少了选择起飞降落地点的问题，其机身质量增加，在低空飞行可以很好地适应风向变化，降低飞行设备振动，避免对拍摄数据与图像采集造成影响。使用无人机航测技术只需要提前设定无人机飞行路线，随时观察无人机的飞行状态，根据实际情况修正。无人机系统发生问题时可以自行降落或飞回至起点排除故障，由于无人机结构简单，维修或零件更换成本较低，排除故障后可以重新飞行测量。

2.2飞行周期短

技术的应用可从根本上保护生态环境，在不对土地进行破坏的情况下，也可实现对各区域的测量，同时，还能减少在测绘工程以及土地整治工程方面的投入，并获得更为显著的经济效益。总而言之，无人机航测技术是土地综合整治工程中最有效的测量方法，要求项目人员重视起该技术的合理应用，设计出可行的操作流程，以此发挥出技术本身优势与价值，促使土地利用率得以提高，增强土地生产能力，为我国构建出更为优质的土地环境。

2.3拍摄精确度高

无人机航测技术具有数据采集能力强、精确度高的优点，对无人机操作人员技术水平要求较低，极大程度减少了无人机操作时间与数据分析处理时间，无人机自身所携带的高清摄影相机与专业测绘仪器，可以将工程拍摄影像质量大幅度提高，提升工程测绘精确度。无人机具有一定的智能与自动化，可以在一定程度减少工作压力，提高工作效率质量。无人机还可以使用低空遥感模式对工程地理信息完成勘测，不管在高空还是超低空下都可以正常完成测绘作业，广泛应用于工程测量与应急救援领域中。

3无人机航测的区域土地覆盖动态变化特征提取方法

3.1航摄分区与航线设计

在区域土地覆盖动态变化特征提取之前，需要借助无人机对土地区域进行分区。因此，本文借助无人机航摄分区，设计相应提取线路。在明确拍摄区工作范围后，应根据无人机工作部署、航测成果提交要求、区域土地的地形覆盖概况，实现对航摄分区条件的按需处理。一般来说，外部分区节点应与无人机航测图像的整体轮廓走线保持一致，对于待测土地来说，其地形高度应超过实时航测高度的六分之一。在无人机航线保持直线飞行状态的情况下，基础分区跨度条件应无限趋近于物理最大数值。航测基线、航线间隔两项物理量会对巡航图像曝光时间和相片重叠度造成影响，在区域土地覆盖范围测量中，对无人机飞行平台而言，航测基线及间隔与巡航图像长度、巡航图像宽度、航测相片在航向上的重叠度、无人机摄影航高等因素相关。

3.2相机参数调整

相机参数调整是经验型工作，调整的目的是为了获取更为清晰的航测图片，通常小型旋翼无人机内部摄影机构都预置AI拍摄模式，但此模式具有一定局限性，所以在小型旋翼无人机起飞前进行默认设定，功能设定时选择拍摄完毕后自动返回，云台角度拍摄选择正向-90°，以获取最大效果，同时关闭畸变修正功能，以发挥照相机构的全域构图能力。同时，预设图片比例、根据测绘元素颜色进行曝光光圈ISO设置，以达成对测绘元素动态捕捉。

3.3航空摄影

当前无人机航测工作应用到多元且先进技术，包括航测技术、无人机技术等。实际作业时，将高清摄像机安装于无人机上，能够获取、传输更为清晰的图像，还可得到多方位拍摄视角。技术人员为待投入作业的无人机设置对面控制系统与飞行控制系统，在此基础上，合理搭配多类别无人机系统，赋予无人机更高监测性能。此外，系统的科学结合极大程度地增强高清摄像机摄像头的灵活性，并保证所拍摄影像图片的全面性、准确度，还有助于地形层次与色彩层次清晰度的大幅提高。无人机航测技术可从根本上降低图片与实际地形在色彩方面的差异性，确保获得的图像更具饱和度，为土地综合整治工作的有序、有效开展提供可视化资料支持。整治过程中，工作人员可依托于采集的影像图片对整治地区的完成进度进行验收，以此提高土地综合整治效率与质量。

结束语

在无人机航测技术的支持下，区域土地覆盖动态变化特征提取方法分别针对植被指数、湿度指数、水体指数进行计算与处理，又联合基础飞行平台，确定像控点的布设，取得关键特征指标参量。试验结果表明：采用该方法可有效提升区域土地动态变化特征的提取精度，且始终保持在90%以上。

参考文献

[1]李敬唐.无人机摄影测量技术助力贫困地区土地综合整治[J].北京测绘,2020,34(11):1489-1493

[2]赵大华.无人机航测技术及其应用分析[J].住宅与房地产,2020(30):255-256.

[3]殷行.浅析无人机航测在国土资源测绘中的应用[J].价值工程,2020,39(28):236-237.

[4]李海燕,熊克仁.无人机航测技术辅助土地整治项目规划设计[J].科技创新与应用,2020(29):155-156.

[5]刘明松,刘忠贞,杜明义,何辉,陈东宇,苗正红.无人机技术在征地移民实物调查中的应用研究[J].人民长江,2020,51(09):216-222