LPS在无人机数据处理中的应用

90测　绘　通　报　　　　　　　　　　　　2011年　第2期

徕卡测量新技术应用专栏

L P S 在无人机数据处理中的应用

北京望神州科技有限公司　宗秀影

一、引　言　　

无人机(u n m a n n e d a e r i a l v e h i c l e , U A V ) 遥感是航空遥感的一种重要方式, 并且日益成为一种空间数据获取的重要手段, 具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动灵活等优点, 是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。近年来, 无人机在军事和民用方面都得到了快速的发展, 引起了诸多科研单位的重视, 无人机遥感成为航空遥感发展的一种趋势。

但是, 由于无人机飞行环境的复杂性以及飞行的不稳定性, 导致了无人机数据的P O S 信息不够精确、数据量大等缺点, 所以如何处理无人机数据成为亟待解决的问题。

本文提出了利用L P S 软件来处理无人机数据, 得到正射校正镶嵌结果, 为无人机数据处理提供了新的解决方案, 满足了无人机在测绘方面(如正射影像、镶嵌影像、D T M 等系列测绘产品) 以及灾害应急快速处理方面(如镶嵌影像) 的需要。

图1　LP S 产品结构图

P S 处理无人机数据流程　　三、L

1. 数据描述

本文所用的测试数据是由C a n o n E O S 5DM a r k I I 数码相机拍摄的473幅无人机数据。此外, 还利用了焦距长(f m ) 、像元分辨率(C C D 尺寸0为24m 为6. 4u m ) 、航高以及P O S 数据等信息。

2. 数据处理流程

L P S 处理无人机数据操作流程如图2所示。

二、LP S 概述　　

徕卡遥感及摄影测量系统(L e i c a p h o t o g r a m m e t r y s u i t e , L P S ) 是E R D A S 公司推出的数字摄影测量及遥感处理软件系列。L P S 为遥感影像处理及摄影测量提供了高精度、高效能的生产工具。它可以处理各种航天(最常用的卫星影像如W o r l d V i e w 1/2、Q u i c k -B u i d 、IK O N O S 、S P O T 5、A L O S 、O r b V i e w 、F O M O S A T 、K O M P S A T 、Ra p i d E y e 、Ge o E y e 、La n d s a t 等) 及航空(如扫描航片、框幅式数字影像、AD S 40/80、AL S 60等数字影像) 的各类传感器影像定向及空三加密, 处理各种数字影像格式, (如黑/白、彩色、多光谱及高光谱等各类数字影像) 。L P S 的应用还包括矢量数据采集、数字地模生成、正射影像镶嵌及遥感处理, 它是第一套集摄影测量与遥感在同一工作平台的软件系列。L P S 产品结构如图1所示。

本文在无人机数据处理中利用的L P S 模块包

括T (1) 创建工程和数据导入

1) 创建工程。L P S 处理数据首先需要创建测区文件, 即B l o c k 文件。选择相应的几何校正模型。

图2　LP S 处理无人机数据操作流程

2011年　第2期　　　　　　　　宗秀影:L P S 在无人机数据处理中的应用本文选择的模型是数码相机(d i g i t a l c a m e r a ) 。并且定义测区的属性, 包括投影坐标系统、航高等。

2) 数据导入。工程文件创建好之后, 导入影像、相机参数(像主点坐标、焦距长、CC D 尺寸等) 及P O S 数据。

(2) 自动生成同名点

根据初始的P O S 数据, 自动生成同名点。并根据需要, 采用可修改生成同名点的策略, 使产生的同名点均匀地分布在整个测区。

(3) 空三计算

根据生成的大量同名点及初始的内外方位信息, 进行空三运算, 空三结果可以通过R M S E 来体现, 并可以预览每个同名点的坐标和精度, 内附详细的精度报告。通过预览每个点的R M S E , 剔除误差较大的同名点, 重新进行空三计算, 直至满足要求。接受空三结果, 更新内外方位信息。

(4) 生成D T M

L P S 提取数字地面模型(d i g i t a l t e r r i a nm o d e l , D T M ) 是全自动处理过程, 内附详细的D T M 提取报告。用户可以根据需要选择生成单个D T M , 或者直接生成镶嵌的D T M 。其精度适合于制作正射影像。若需要得到高精度的D T M , 仍需要一些人工编辑(比如通过T E 模块) 以及很好的质量控制。

(5) 影像正射校正

效率一直是遥感影像处理用户最关心的问题之一, E R D A S 通过多个处理或者多个计算机实现并行计算技术和分布式处理, 使得用户在数据处理过程中可以充分利用硬件的投资, 提高数据生产的效率。L P S 在影像重采样的过程中支持批处理的并行计算和分布式处理。

(6) 正射校正结果镶嵌

L P S 2010的镶嵌充分利用操作系统资源, 使得镶嵌的速度提高了10倍以上, 并能支持海量影像的输入和输出, 自动生成拼接线并可编辑, 多种匀色算法可供选择。

3. 结　果

由一名操作人员利用一台普通工作站处理473幅无人机数据, 经过26h 的处理, 其中自动运算时间为22h , 最后空三的精度可以达到3个像素。本文处理数据的结果如图3所示。

4. L P S 处理无人机数据的建议

1) 所提供的无人机数据, 如果存在部分影像比

图3　LP S 处理无人机数据镶嵌结果

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较模糊, 这可能会对后续的影像连接点匹配造成一定影响, 所以须去除影像质量不好的数据。

2) 提供的无人机数据包括部分航线拐角数据, 该数据对应的惯导数据信息不够准确, 因此在实际作业中, 须将拐角数据去除, 以保证整个测区空三计算的精度。

3) 提供的无人机数据中, 去除P O S 信息(特别是角度信息) 突变的数据, 这样才能保证连接点匹配的精度和最终结果的精度。

4) 确保像片与其P O S 数据完全对应, 避免可能由于P O S 录入, 导致相片的P O S 信息和相片不对应的问题。

5) 为了提高结果的精度, 建议采用二级优化策略。首先根据原始的P O S 信息, 自动产生连接点, 进行空三运算, 接受优化内外方位信息; 然后根据第一次优化的结果, 再次自动生成连接点, 进行空三运算。　　四、结束语

本文通过对使用L P S 处理无人机数据方法的论述, 表明了该方法的优势在于:①采用严密的光束法区域网平差, 在保证一定的精度下, 以较少的人工干预, 能够以最快的速度完成整个测区的处理过程; ②在影像重采样过程中支持批处理的并行计算和分布式处理, 提高了数据生产的效率, 且对机器硬件要求不高, 一般的工作站即可处理, 满足了无人机数据在测绘方面以及灾害应急快速处理方面的需要, 为无人机数据处理市场提供了新的解决方案。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)