无人机影像数据在土地利用变化监测中的应用之电子技术论文

　　摘要：本文介绍利用无人机拍摄的影像数据结合GPS数据进行自由网自动空三加密，然后利用该空三成果匹配DEM、制作DOM，并与2009年的卫星正射影像进行影像配准、叠加分析、识别、发现和定位，提取土地变化监测图斑，并对变化图斑进行面积统计分析，最后将配准后无人机DOM数据叠加变化监测图斑数据和监测区域内主要行政村名、道路注记以及公里格网进行图廓整饰得到土地利用变化遥感监测图。
关键词：无人机，影像数据论文，空三加密，土地利用，变化监测


1引言
人类利用土地的过程是不断变化的，各国政府一直进行着不同层次的土地资源及其利用，土地利用动态遥感监测是基于同一区域不同年份的同一时相影像间存在着光谱特征差异的原理，来识别土地利用状态或现象变化的工作。随着经济的快速发展,我国土地利用结构发生了明显的变化,及时、精确掌握土地资源的数量、质量分布及其变化趋势,关系着土地资源的持续发展与规划.随着土地利用变化遥感动态监测研究的深入,特别是应用高分辨率遥感数据,进行不同时期土地利用类型转换的监测越来越重要。不仅要获得土地利用变化信息,而且要获得变化的类型,其实质是获得不同监测时期的土地利用变化信息。
在我国各领域信息化建设均飞速发展的形势下，数字城市、数字国土、数字林业、数字环保、数字公安、数字能源等数字化建设进程明显加快，并已经取得一定的成果。根据需要，及时的修编和更新地图，建立定期更新的地理数据库，动态监测土地利用变化情况，以及衍生各类最新时相的专题图都是需要迫切解决的问题。目前制约这类动态监测的首要因素是能否具备实用化的，高分辨率，连续稳定并能快速接收使用的监测数据源。近年来,无人机数字低空遥感凭借其低成本、快捷、灵活机动等显著特点,已成为卫星遥感和常规航空遥感数据获取的有效补充手段，被广泛应用在地质环境与灾害调查、土地利用动态监测、地形图更新等领域。
2无人机航摄的优势
无人驾驶飞机(简称无人机)是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机技术是由飞行平台载体、机载遥感设备和相应的地面辅助设备构成的一种高科技航空信息系统,它主要用于应急和抢险救灾,获取地理、地面地形信息,预警与军事,以及地下的地层、地质信息等方面。
无人机之所以深受青睐,追根结底在于它的优点多：
1）能快速够获取低空高分辨率影像。无人机可按预定飞行航线自主飞行、拍摄，航线控制精度高，飞行姿态平稳，飞行高度从50m至4000m，可以进行云下航摄飞行，从而能尽可能保证拍摄工作及时、准确地完成。无人机搭载的高精度数码成像设备，航拍的影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点，特别适合获取带状地区航拍影像（公路、铁路、河流、水库、海岸线等）。
2）与传统的航天、航空遥感手段相比，其起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，转场等非常容易。另外其操作灵活、维护使用成本低，经济实用，飞行控制人员培训时间短，在获取航拍影像时不用考虑飞行员的飞行安全，对获取数据时的地理空域以及气象条件要求较低，能够解决人工探测无法达到的地区监测功能。
3）无人机平台自主性强，机载数据获取系统可设置不同的传感器，可用于应急和抢险救灾、环境保护、资源调查与监测等领域，易于推广且具有形成产业化的特点。
3土地利用变化监测论文
笔者选取无人机拍摄的东莞市蒲田区的影像数据进行土地利用变化监测，测区位于东莞市左上角部位，绝大部分地区属于平地区域，局部地区属丘陵区域，测区内人口居住密集，经济发达，土地利用情况复杂多变。
测区使用无人机进行双拼相机航拍，在航拍后对同一曝光点拍摄的前、后视两张航片进行拼接得到曝光点的影像数据，该数据用于空三加密并制作DOM数据作为变化监测的后时相影像。
另外测区内收集有覆盖了全测区范围的Quikbird全色与多光谱融合的正射影像，地面分辨率为0.5m，获取日期为20090908，该数据是作为配准纠正控制点读取来源和土地图斑变化监测时的前时相影像数据。

利用无人机影像进行土地利用变化监测过程的总体技术路线如图所示：

3.1无人机影像影像处理技术
与传统航空影像相比，无人机影像使用工业级CCD改装的数码相机拍摄，这种相机为非量测相机，较之传统的测绘航空摄影仪存在着较大光学畸变差和CCD阵面非正交性所产生的误差，不能直接用于空三加密。这就要求在进行航空摄影前进行相机畸变检较，然后对获取的影像数据进行畸变差改正。由于CCD数码相机拍摄的影像像幅较小，像片数量多，影响后续处理工序，目前较多的是在进行航空影像拍摄时，使用检较过的相机进行双拼拍摄，获取同一曝光点的前、后视影像，然后再对同一曝光点拍摄的前、后视两张影像进行拼接得到曝光点的航摄数据论文。
无人机影像的空三加密过程与常规航空影像处理途径基本一致，针对无人机影像畸变大、重叠度不够规则、像幅较小、像片数量多、倾角过大且倾斜方向没有规律、航摄区域地形起伏大、高程变化显著等特点，使用高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid能够快速高效完成无人机遥感影像从空三加密到DEM/DSM、DOM等产品的生产任务。该系统采取了基于尺度/旋转不变特征和多基线影像匹配技术的全自动连接点选取及配准方法以及集群分布式并行处理功能使空三加密、DEM匹配以及正射影像纠正工序实现高度自动化处理。
区域网平差解算可以采用无地面控制点的GPS辅助空三加密，加密成果坐标系与GPS数据一致，加密精度与GPS数据精度相当。然后利用加密成果匹配生产数字高程模型（DEM），并进行DEM滤波处理后进行单片微分纠正，将单片纠正结果通过镶嵌裁切得到监测区域的DOM数据。
3.2土地利用变化监测工作底图制作
利用收集到的前时相卫星遥感影像作为控制基础，选取同名点对镶嵌后无人机DOM数据进行多项式配准纠正，为了保证纠正精度，配准中误差不超过2个像素，同名点均匀分布于无人机DOM数据范围内。纠正后应进行无人机数据与卫星遥感影像进行套合检查，套合精度一般不大于5个像素，如达不到配准精度要求，应增加控制点重新进行配准纠正。对配准纠正后DOM数据按乡镇境界范围外扩100米进行裁切分幅，得到分乡镇DOM数据，作为变化监测的后时相影像数据。
3.3土地利用变化监测过程论文
利用ArcGIS软件，以卫星遥感影像为基础，根据配准后得到无人机DOM正射影像通过自动提取变化图斑和人机交互式提取变化图斑两种方法相结合来进行变化图斑的分析提取，按照实际影像的变化范围采集相应的变化图斑范围，并对每一图斑进行面积统计和赋予相应属性信息。图斑提取完成后制作图斑分析表格，表格中以图斑为单位，每个图斑为一条记录，并有唯一的标识码与图形数据相对应，有镇区、面积、中心点坐标、标识码等要素，通过统计表格分析，可清楚了解土地利用的变化情况。
每个图斑包含的属性信息见表1。
表1：变化图斑提取成果属性表
属性项 代码 属性值
行政区代码 XZQDM 441900128
县名称 XMC 东莞市
乡镇名称 XZMC 中堂镇
前时相 QSX 20090908
后时相 HSX 20100708
中心点东坐标 XZB 19768291.9
中心点北坐标 YZB 2553291.9
监测编号 JCBH 93
变化图斑监测面积 JCMJ 48.2
变化图斑备注 BZ 1

3.4土地利用变化遥感监测图制作
将分乡镇提取的土地利用变化监测图斑数据、监测区内行政村名注记和主要道路名称注记叠加分乡镇DOM数据上，图斑的检测编号应在对应的图斑位置上进行表示，并叠加乡镇境界数据和公里格网并进行图廓整饰，然后按一定的比例尺打印输出成TIFF影像格式，输出影像像素分辨率为0.5米，得到土地利用变化遥感监测图。

3结束语
无人机低空航摄具有灵活机动、高效快速、精细准确、作业成本低的特点,在小区域和飞行困难地区快速获取高分辨率影像方面具有明显的优势。随着无人机与数码相机技术的发展,基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向，在应急数据获取、地质环境与灾害调查、土地利用动态监测、地形图更新等领域有着广阔的应用前景。

参考文献
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