基于无人机测绘的地理信息定位技术

基于无人机测绘的地理信息定位技术

袁凯 董武钟

四川电力设计咨询有限责任公司 四川成都 610041

摘要：作为综合利用先进的无人驾驶飞行器、遥感传感技术、通信技术、遥控程控技术以及GPS差分定位技术的遥感应用技术，无人机摄影测量技术具有自动化、智能化、专用化快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息的特点，并可以完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术，是继卫星遥感和普通航空摄影测量技术之后，发展起来的一种新型航空遥感技术手段。在此背景下，本文主要对基于无人机测绘的地理信息定位技术有关内容展开分析，希望能够给有关人士提供一定的参考价值。

关键词：无人机；测绘；地理信息；定位技术

0引言

随着社会经济建设的快速发展，地理信息成为分析空间框架和数据的基础。地理信息可以反映出地球表面的自然现象和社会要素，包括形态、位置等信息。地理信息具有空间性、时效性，其反映出数据的信息变化程度。地理信息数据的获取方式多种多样。利用无人机遥感技术对地理信息进行定位，可获得不同时效和不同尺度的地理信息数据，为社会经济建设的发展提供依据。无人机遥感技术具有灵活、高效的特点，利用其对地理信息图像进行采集，在采集的图像中提取出地理信息并对其定位成为研究的热点。无人机测绘地理信息定位技术可以利用无人机遥感系统搭建无人机平台，并对地理信息进行定位。无人机的起飞方式有直升式和滑翔式等，降落方式有滑降和伞降等。无人机的动力来源有油能和电能。航线的设计和导航系统是无人机测绘的控制核心。无人机测绘地理信息技术被广泛应用在众多测绘部门，并起到重要作用。作为一种新的地理信息定位技术，需要结合实际情况和需求，实现无人机技术在地理信息定位中的应用。例如，一种基于特征点优化算法的无人机测绘的地理信息定位方法，将无人机测绘的影像进行网格划分，根据网格影像的信息熵来计算特征点的数量，得出匹配率较高地理信息位置，但是该方法存在准确性低的缺点。又如，一种基于纹理影像提取方法的无人机测绘的地理信息定位方法，建立影像之间的关系表达式，计算地理影像的灰度值，得到纹理指标。该方法能够实现地理信息分类均匀，但此该方法获取的地理信息影像分辨率较低。针对上述方法存在的问题，提出基于三角测量的无人机测绘地理信息定位方法。

一、无人机遥感技术应用优势

1.1提高监测效率

在测绘工程测量工作中应用无人机遥感技术，直接提高了监测效率。例如，在遇到紧急事项时，如果工作人员没有采取高效率方式做相关处理，那么则会错过最佳的事项处理时机，从而给企业带来较大的经济损失。而无人机遥感技术自身的监测效率高优势，则可以帮助测绘人员高效、准确地处理紧急事项。

1.2兼容性较高

无人机遥感技术系统有着较高的兼容性。在应用无人机遥感技术做相关测量工作时，不用受到复杂地形、恶劣环境的限制，无论在何时何地都能开展高强度测量作业。但只是使用单一的遥感技术很难保障测绘工程测量结果准确性，这就需要无人机在多技术、多场合的协同作用下，进一步改善单一遥感技术测量不足，有助于多技术协同作用的测量技术逐渐更新完善，从而提高了遥感技术系统兼容性。

1.3处理速度快

无人机遥感技术有着信息处理速度快的优势。通过无人机遥感技术，测量人员可以快速处理目标范围内所有数据信息，而且在工程测绘范围内能发挥出非常优秀的信息采集和分辨能力。

1.4影像分辨率较高

普通的遥感摄影一般都会受到云层的影响，一旦遇到云层的遮挡，就会影响其真实性。进行对比之后，无人机可以在低空中飞行，因为无人机在低空飞行的过程中影像资料不会受到来自云层的干扰，获取影像的分辨率会加深。除此之外，使用一般的摄影技术在影像资料的获取过程中会因为高层建筑受到影响。无人机低空拍摄技术可以规避这种不利，降低不同角度建筑纹理的影响，让技术的应用范围能够扩大。

二、无人机遥感在测量测绘中的运用

对于城市规划的设计，合理应用无人机技术是非常重要的，其一定程度上可推动城市的发展。如今，规划并设计城市时，需借助较多的测绘信息，对于制图人员而言，需结合测绘数据来开展制图操作，能将比例较大的地形图绘制出来，在此基础上，可为规划决策的制定提供有力的参考依据，为城市的更好发展发挥一定的促进作用。

2.1无人机航拍摄影

借助无人机，并依据有关的遥感设备，能获取较多的地理信息，掌握大量的音像资料，充分掌握目标区域的具体情况。

2.2数据的采集

依据有关的影像资料，并结合无人机的实际飞行，可将信息收集分为两个过程：一是自动加密，二是手动。基于这样的方式，对部分达不到标准的信息，能进行有效去除，确保所获得信息的准确性，与此同时，可结合相关测量结果，开展定向操作，此操作往往被称为单一模型。但是通过此技术难以开展定向操作，需基于航行的过程，全面观察并分析机体，比如是否存在航线弯曲，对于影响信息准确性的因素，要加以明确。

2.3信息处理方面的应用

无人机遥感技术还可有效地捕获信息，信息处理通常是以人力资基础的。然而随着社会经济发展，信息处理需求增加，人力已无法满足这些需要，因此引进了无人机遥感技术。例如，无人机遥感技术在采矿勘探中的应用，具有高精度和可持续性，随着时间的推移和经济的发展，煤炭能量测量始终是测量煤矿的一个重要因素。遥感无人机大大提高了勘探矿山的效率。在勘探的过程中，企业利用遥感技术处理矿物数据，可以提高数据处理的效率。

2.4无人机实景建模技术

无人机倾斜摄影实景建模技术是近年来在国际测绘和遥感领域发展起来的一项高新技术，主要原理是在飞行甲板上携带一台或多台倾斜摄像机，从不同角度采集图像。并通过专业软件对空中三角剖分、几何校正、同名点与区域网络水平的比较进行了研究分析，给出了三坐标信息和三个方位角信息，用于每个倾斜图像，从而使其在虚拟三维空间中具有位置数据，获得高精度的三维模型。此时，倾斜图像可以实时测量，并且每个剪辑胶片上的每个像素对应于实际地理位置。支持无人机对土方工程计算、进度报告、辅助场地布置等进行有效勘测。

三、无人机测绘数据产品的实际应用

3.1灾情救援

在救灾过程中，时间就是金钱，第一时间的救援工作开展情况对救灾的实际效果起着决定性的作用。在茂县山体滑坡、舟曲泥石流、汶川地震以及玉树地震发生之后，我国救援部队在第一时间就将无人机测绘数据产品运用到救援现场，充分利用了无人机高灵活性、强机动性的特点，迅速且及时收集到灾区地段的影像，并根据影像获得了重要的数据，这不仅给救灾工作的开展提供了极大的方便，而且也在很大程度上提高了救援工作的实际效率，对于灾后的重建工作也发挥了举足轻重的作用。

3.2环境监测

在环境保护和治理中，环境监测是一个非常重要的内容。在环境监测领域运用无人机测绘数据产品可以高效且更加快速获得相应的航空影像，而且这些影像有着非常高的分辨率，可以为工作人员的观测提供方便。在此基础上，工作人员可以通过对影像的分析有效监测环境污染情况，尤其在排污污染方面的监测，除此之外，在植被生态监测、固体污染物监测、海岸带监测、湿地监测、溢油监测、水质监测以及海洋监测等各个方面，都可以对无人机测绘数据产品进行使用，利用无人机对航空影像进行拍摄或者进行视频数据处理等。

3.3国土测绘

在我国土地资源管理中，国土测绘是一个非常重要的内容，国土测绘不仅对我国土地资源利用效率有着直接的影响，对我国的基本国情也有着深远的影响。在国土测绘中运用无人机测绘数据产品，通过无人机航空拍摄对土地资源数据进行收集，可以让相关工作人员准确且快速掌握到被测地区土地使用实际情况，这无论是对特征信息的分析、土地使用与覆盖图更新、土地利用动态图监测、国土资源动态监测与调查等方面工作的开展都是非常有利的，可以在很大程度上提升测绘的工作效率。此外，利用无人机测绘技术拍摄的图像有着非常高的分辨率，这样可以为相关人员进行区域规划工作的开展提供便利的条件。

四、无人机测绘的地理信息定位技术研究方法

4.1无人机遥感技术对图像影像的拼接

利用无人机遥感技术可以分析影像的分辨率，通过像元的大小和相机的焦距，计算出比例尺对无人机飞行的高度要求。无人机遥感技术的像幅小，影像数据多，是低空遥感技术。如果想得到完整的地理区域影像，需要对图像进行拼接测绘。无人机自身较轻，在低空飞行时会受到周围的气流影响，导致飞行不稳定，所以需要需对无人机影像进行拼接、几何纠正、配准和融合。通过对地理信的查询获得一些无人机影像，再把所有获得的无人机影像拼接起来，可以得到区域的完整影像。无人机影像拼接是无人机测绘地理信息定位技术的研究热点。地理地形图和分辨率高的遥感图可以获取到标准的无人机影像。将标准的影像纠正后放到对应的地理图像空间中，选择无人机影像和标准的图像进行同名控制，并利用控制点的数据对无人机影像几何变化数学模拟，建立无人机测绘图像和地理信息之间的关系，实现了无人机测绘影像的几何纠正，并且赋予了地理信息的定位。对地理信息的查询采用同一图像，确保了无人机测绘地理影像重叠的正确性。无人机遥感影像的传感器类型有很多，遥感设备包括数码相机、扫描仪以及雷达等。无人机遥感常用可见光对地理信息进行观测。随着遥感技术的进步，数码相机的价格合理，分辨率高，使得很多人采用数码相机当作无人机遥感系统的遥感设备，也有很多系统逐渐开始采用光谱成像设备。无人机测绘利用逻辑分类器对图像进行分类和提取信息。分类和提取过程需要确定分类时输入的信息，进而得到分类结果和图像特征。无人机的光谱遥感影像分辨率也很高，将无人机影像与该影像融合，并根据波段的设置，选出不同的无人机影像融合方法，经过融合后的影像具有分辨率高和丰富的信息，无人机融合影像的波段会突显出地理信息的地类，例如植被和耕地等。

4.2无人机低空摄影在城市测绘中的应用

举例来说，借助无人驾驶飞机低空摄影技术，可以突破地域缺陷，在一些高海拔地区获得更精确的数据。通过数据分析和技术突破，测绘技术已可测量海拔5500米以上的建筑物。而且城乡差别明显，能为后期测绘数据提供依据。与此同时，借助无人驾驶飞机技术，并在其机身上安装摄像机，可以及时获取地理信息，实现信息采集，可以获取1:200的遥感摄影信息，最终可以实现6800平方千米的测量。奠定了我国城市化规划建设和土地改革的基础。很明显，借助无人驾驶飞机技术，可以全面提高测绘效率和测绘质量，为多区域建筑提供更清晰的数据规划图，有助于外业数据测量，减少人力损失。

4.3建立无人机测绘图像的地理信息坐标

利用无人机进行地理图像信息坐标的测绘，可以实现与地理信息图像的有效融合，这样所形成的图像全景图会更加的直观，科学性也会更高。所以，在无人机测绘的具体应用当中，可以使地理信息与影像进行很好的融合，而融合过程中地理信息坐标会被融合进去，这样两者之间融合后的定位精准度会更高。在无人机测绘中对于地理信息坐标的影像问题，可以采取数据转化方式，这样能够提高信息处理及影像拼接的效率。在利用无人机进行遥感测绘时，受不同因素的影响，在拍摄过程中会出现波动现象，导致无法保持持续性垂直拍摄，进而使拍摄出的影像清晰度不够，而且还很有可能会出现影像之间相互重叠的现象，如果处理不及时，很可能多出现多个影像错位的现象，直接地影响到了地理信息定位的精准性。而想要高效地解决这些问题，最有效的方式就是进行地理图像信息坐标的构建，采取坐标定位的方式提升测绘信息的精准性。无人机在地理图像信息坐标测绘中的应用中，为了对地理信息地面的控制点进行很好地控制，可以采取误差计算的方法，这样能够提升虚拟观测值的掌握效果。之后还要对已经获得控制点进行分析，分析之后利用无人机测绘中分辨率更好的影像进行定位，在这个过程中要提高对定位平均值和差值的重视，以发挥无人机测绘在地理信息定位技术中的重要作用。

4.4三角测量的无人机测绘地理信息定位技术

无人机测绘是地理信息定位技术中很常见的技术方式，在具体的应用过程中，最常见和最精准的定位方法就是三角测量法，可以对算法进行优化处理。三角测量方法采取的是网格划分的形式，将每一个有明显特征的实际数量进行计算，这样影像的分辨率就会得到大大的提升，可以规避影像率低或者不合格等现象。在地理信息定位技术中使用三角测量法，还会对地理影像进行提取，然后开展定位工作。在应用这个方法时，要对影像灰度值进行获取，然后将纹理指标确认下来，确保地理信息分配的平均性，应用效果是很明显的，但是其在影像获取上清晰度较低具有很大的局限性。所以，经过实践对比后，多会采取三角测量的方式，这样更有利于提升定位的精准性。三角测量方法在实际的应用过程中，也需要对控制点进行计算，然后以控制点为坐标中心对数据进行观察，将获取到的各控制点进行分类。与地理图像坐标测绘相同时，为了提升定位的精准性，需要对定位的平均值及差值进行计算。基于无人机测绘的地理信息定位技术，主要是进行地理信息数据的采集，然后选择分辨率高的影像，对影像进行放大处理。而在对无人机测绘数据进行处理时，三角测量法所获取的数据信息会被优先分析，之后分析定位控制点，再对地理信息的具体位置进行确定。对无人机影像处理时，影像与实际地理信息有差异现象，需分析三角测量的无人机测绘地理信息定位的平均值和均方差。对地理信息定位的控制点和检核点进行分析，如表1所示。

表1分析地理信息定位的控制点和检核点

五、实验结果与分析

实验采用内存为2GB的计算机，实验的编程环境为MicrosoftVisualC++，利用无人机测绘出一个地面图像，并对其进行局部放大，识别各部分地表之间的关系，并对每一部分的地理信息进行定位，如图1以及图2所示。

图1无人机测绘的地理信息图像

图2局部放大后的地理信息图像

分析图1和图2可知，无人机测绘的地理信息技术可以采集图像，并在图像中提取地理信息。从图中可以看出，各部分地表之间的紧凑关系，视觉效果较好。利用图像的观测点、地理坐标等条件对无人机测绘地理信息定位技术的准确性进行对比实验。在分析无人机测绘地理信息定位技术准确性的基础上，进一步对获取到地理信息的图像分辨率进行实验，测试是否能清晰分辨出地理信息的具体位置，测试对比如图3、图4所示。分析图3、图4可知，本文方法中1~3号图的分辨率为60%；4号图的分辨率为50%；5~7号图的分辨率为70%；8号图的分辨率为60%；8幅图的分辨率在50%~70%。文献[5]方法中1，3~6号图的分辨率为30%；2号图的分辨率为40%；7号图的分辨率为35%；8号图的分辨率为40%；8幅图的分辨率在30%~40%之间。实验结果对比得知，提出方法地理信息影像的分辨率较高，可以清晰地获得地理信息的具体位置。

图3本文方法的地理信息的图像分辨率

图4文献[5]方法地理信息的图像分辨率

六、结语

综上所述，无人机遥感技术应用于工程测绘测量作业中，不仅是工程建设的顺利开展的有效保障，也是现代测绘技术发展进步的重要表现，能充分满足现代测绘高效、实时的要求。本文利用无人机测绘对地理信息进行定位研究，测绘出地面图像，并对其进行局部放大，识别各部分地表之间的关系。利用图像的观测点、地理坐标等条件分析无人机测绘地理信息定位技术的准确性。在分析无人机测绘地理信息定位技术准确性的基础上，进一步对获取到地理信息的图像分辨率进行测试，得出本文方法对地理信息定位的准确性较高且获取的图像分辨率较高。

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作者简介：

姓名:袁凯（1992.4.17—），性别:男；籍贯:四川省成都市高新区锦晖西一街364号；民族:汉；学历:硕士研究生；职称:工程师：职务:普通员工：研究方向:地理信息工程/测绘工程；单位: 四川电力设计咨询有限责任公司； 邮编：610041

姓名:董武钟（1989.6.22—） ，性别:男；籍贯:四川省成都市高新区锦晖西一街364号；民族:汉；学历:硕士研究生；职称:工程师：职务:普通员工：研究方向:测绘工程；单位: 四川电力设计咨询有限责任公司； 邮编：610041