无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析
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图 1 无 人机低空数码航测获取地理 空 间信息实施流程
据分别输入即生成了点位误差分布图 , 如图 3 所示, X、 Y 轴分别表示试验数据与标准数据的二维坐标 偏移量, 落入同心圆中的实验数据点越多则表明其
∀ 70 ∀
测
绘
工
程
第 19 卷
数据精度越高。图 3 直观地显示了无人机航测数据
表1
标准点数据 点号 X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 * * * * * * . 266 * * * * * * . 683 * * * * * * . 212 * * * * * * . 504 * * * * * * . 848 * * * * * * . 571 * * * * * * . 091 * * * * * * . 450 * * * * * * . 529 * * * * * * . 900 * * * * * * . 721 * * * * * * . 104 * * * * * * . 627 * * * * * * . 593 * * * * * * . 311 * * * * * * . 509 * * * * * * . 262 * * * * * * . 719 * * * * * * . 530 * * * * * * . 341 Y * * * * * * * . 236 * * * * * * * . 504 * * * * * * * . 953 * * * * * * * . 136 * * * * * * * . 913 * * * * * * * . 911 * * * * * * * . 106 * * * * * * * . 119 * * * * * * * . 498 * * * * * * * . 959 * * * * * * * . 600 * * * * * * * . 487 * * * * * * * . 712 * * * * * * * . 424 * * * * * * * . 688 * * * * * * * . 146 * * * * * * * . 911 * * * * * * * . 207 * * * * * * * . 300 * * * * * * * . 355 X * * * * * * . 229 * * * * * * . 741 * * * * * * . 226 * * * * * * . 473 * * * * * * . 847 * * * * * * . 643 * * * * * * . 078 * * * * * * . 497 * * * * * * . 570 * * * * * * . 811 * * * * * * . 723 * * * * * * . 150 * * * * * * . 714 * * * * * * . 629 * * * * * * . 450 * * * * * * . 497 * * * * * * . 379 * * * * * * . 602 * * * * * * . 526 * * * * * * . 275
数据快速采集技术试验 , 从多方面对利用 无人机低空 数码航测 及高分 辨率卫 星遥感 技术测 绘大比 例尺地形 图进行 技术比较和精度分析 , 并得到一些有实际 意义的结论。 关键词 : 轻型无人机 ; 低空数码航测 ; 高分辨率卫星 遥感 ; 比较分析 中图分类号 : P 231 文献标志码 : A 文章编号 : 1006 7949( 2010) 04 0068 03
精度及卫星遥感影像数据精度。
m
坐标差 Y * * * * * * * . 277 * * * * * * * . 456 * * * * * * * . 962 * * * * * * * . 242 * * * * * * * . 876 * * * * * * * . 028 * * * * * * * . 109 * * * * * * * . 056 * * * * * * * . 46 * * * * * * * . 955 * * * * * * * . 646 * * * * * * * . 433 * * * * * * * . 726 * * * * * * * . 505 * * * * * * * . 706 * * * * * * * . 118 * * * * * * * . 897 * * * * * * * . 282 * * * * * * * . 385 * * * * * * * . 316 #X 0. 036 775 - 0. 057 920 - 0. 013 890 0. 031 275 0. 000 869 - 0. 071 320 0. 012 743 - 0. 047 280 - 0. 040 690 0. 088 325 - 0. 002 140 - 0. 045 870 - 0. 086 680 - 0. 035 460 - 0. 139 300 0. 011 789 - 0. 116 380 0. 117 246 0. 003 947 0. 066 585 #Y - 0. 040 550 0. 047 279 - 0. 009 220 - 0. 106 730 0. 037 647 - 0. 116 530 - 0. 002 550 0. 062 876 0. 038 027 0. 003 412 - 0. 045 800 0. 054 120 - 0. 014 310 - 0. 081 380 - 0. 017 900 0. 027 978 0. 014 478 - 0. 074 930 - 0. 085 540 0. 039 088 点位误差 0. 054 742 0. 074 769 0. 0166 730 0. 111 215 0. 037 657 0. 136 627 0. 0129 960 0. 078 669 0. 055 690 0. 088 391 0. 045 848 0. 070 945 0. 087 857 0. 088 767 0. 140 449 0. 030 360 0. 117 276 0. 139 142 0. 085 626 0. 077 210
The comparative analysis about spatial information access technologies based on light UAV low altitude digital aerophotogrammetry and high resolution satellite remote sensing
第4期
胡晓曦 , 等 : 无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析
∀ 69 ∀
图工作的灵活性 , 目前已经成为大比例尺测图技术 的重要发展方向。 高分辨率卫星遥感是以一种非常精细的方式来 观测地面 , 所获取的高空间分辨率遥感影像可以更 加清楚地表达地物目标的空间结 构与表层纹理 特 征, 可分辨出地物内部更为精细的组成 , 地物边缘信 息也更见清晰, 为有效地解译分析提供了条件和基 础。高分辨率遥感卫星影像使遥感卫星影像的适用 范围得到了扩展 , 不仅能应用于中小比例尺地图的 测绘 , 其高分辨率的特性同样也适用于大比例尺空 间信息的获取, 加之其现势性强且易更新, 已经成为 一种有效 的空间 信息 获取技 术。目 前, Q uickBird 卫星遥感能够大范围动态监测城镇及乡村地区的发 展与变化 , 从而较迅速地更新地理空间信息。然而 , 现阶段我国还是主要依靠购买方式获取高分辨率遥 感影像, 这种基于高分辨率遥感影像获取地理空间 信息的方式, 不仅使数据的现势性受到限制, 其成本 也大大增加。
收稿日期 : 2009 10 23 基金项目 : 十一五! 国家科技支撑计划重大资助项目 ( 2006 BA J 05A 13) 作者简介 : 胡晓曦 ( 1986- ) , 女 , 硕士研究生 .
1
试验技术简介
用航空数码相机和轻型无人机分别代替传统航 空胶片和有人驾驶飞机 , 发展为无人机低空数码航 测技术, 能够更灵活、 快速地获取小范围区域的高精 度地理空间信息。无人机通常载重 10~ 50 kg, 安 装 1~ 4 个面阵数码相机, 可获取 0. 05~ 0. 50 m 分 辨率的光学彩色影像。并且 , 能够安装 GPS 和轻小 型稳定平台支持空中三角测量, 实现稀少地面控制 点情况下的高精度及高现势性测量 , 在提高工作效 率的同时也降低了测图成本。此外, 无人机对场地、 天气及环境条件的依赖性较低, 从而大大增强了测
个点位坐标, 其点位中误差为 0. 086 134 m 。 3. 2 高分辨率卫星遥感影像测图精度 表 2 为高分辨率卫星遥感影像测图中随机抽取 的 2wk.baidu.com 个点位坐标 , 其点位中误差为 0. 952 211 m 。 3. 3 点位误差分布图 利用 M AT L AB 软件编写程序 , 将以上两组数
H U Xiao xi1 , L I Yong shu1 , L I H e chao 2 , XU Yi na 1
( 1. G IS Eng ineer ing Center , Southwest Jiaoto ng U niv ersity , Cheng du 610031, China; 2. Sichuan Resea rch Institute o f T er ritor ial Sur veying and P lanning , Cheng du 610031, China)
3
数据成果精度分析
五一二! 大地震损毁了许多城镇乡村 , 为快速
获取地震灾区详细地理空间信息从而尽快地进行灾 后重建, 尤其考虑到四川盆地多云雾的气候特点 , 本 次试验采用无人机低空数码航测方法获取地震灾区 的航片及地理空间信息。同时 , 利用同一地区 2006 年的 QuickBird 高分辨率遥感影像 , 进行两种技术 方法的成果数据精度分析与比较。 由于在野外利用数字化测图法测绘的地形图精 度较高, 因此 , 该次试验以实地高精度测绘的地形数 据为标准 , 分别与无人机数码航测获得的点位数据 以及 QuickBird 遥感影像 获得 的点位 数据进 行比 较, 求出无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感 技术 2 种测图方法的点位中误差并将其进行比较分 析。具体作法是在将无人机与遥感影像获得的点位 数据统一到同一 地区野外实地测绘数据 坐标系统 中, 从 2 种影像中各随机选取若干地面点位坐标 ( 图 2 为随机选取试验点的分布情况 ) , 分别计算这 2 种 方法的点位中误差 , 并利用 M AT LAB 软件生成点 位误差分布图。
Abstract: With the fast developm ent of aero phot ogr am met ry and sat ellit e r em ot e sensing in r ecent years, the use o f light UAV low alt it ude dig it al aerophot ogramm et ry and high resolut io n sat el lit e remo te sensing is m ore and more popular. In view of the situatio n of t echno logical development at the present st age, and com bining w it h ex periment dat a, a compar at ive analy sis is m ade regarding several aspect s and som e usef ul conclusio ns are draw n. Key words: light UAV; lo w alt it ude digit al aer ophot og rammet ry; high r esolution sat ellit e remo te sensing ; com parat ive analy sis 无人机 UAV ( Unmanned Aerial Vehicle) 在军 事方面的发 展得到 广泛关 注, 其技术 已经较 为成 熟, 并在一些局部战争中被成功使用。同时 , 无人 机民用发展也颇受瞩目 , 主要应用领域有测 绘、 防 灾减灾、 森林防火、 国 土资源监测等。轻型无人机 低空数码航 测具备 灵活性 强、 高分辨 率及成 本较 低等优势 , 弥补了 遥感技 术在 快速获 取大比 例尺 地形信息方 面的不 足, 已 经在 我国大 比例尺 地形 图测绘、 城镇建设规划、 灾害应 急处理及国土资源 调查与监测等方面进行了 应用试验。本文在数据 采集试验的 基础上 , 对上 述两 种方法 进行技 术比 较与精度分析。
2
轻型无人机航测及其数据处理
无人机低空数码航测工作主要分为外业航摄及
内业制图两部分。外业航摄的主要工作包括航飞拍 摄及利用 GPS- RT K 野外实测像控点坐标; 内业工 作主要包括相片拼接、 空中三角测量等 , 如图 1 所示。
图2
试验点位分布
3. 1
无人机低空数码航测测图精度 表 1 为无人机低空数码航测中随机抽取的 20
第 19 卷第 4 期 2010 年 8 月
测 绘 工 程 EN GINEERING OF SURVEYING AND M APP ING
V ol. 19 . 4 Aug. , 2010
无人机低空数码航测与高分辨率 卫星遥感测图精度试验分析
胡晓曦 , 李永树 , 李何超 , 许懿娜
摘
1 1 2 1
( 1. 西 南交通大学 地理信息工程中心 , 四川 成都 610031; 2. 四川省国土勘测规划研究院 , 四川 成都 610031) 要 : 针对我国现阶段航测与遥感技术发展水平 及实际需求情况 , 结合 五一 二! 地震灾后重 建工作进 行地理空间
据分别输入即生成了点位误差分布图 , 如图 3 所示, X、 Y 轴分别表示试验数据与标准数据的二维坐标 偏移量, 落入同心圆中的实验数据点越多则表明其
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测
绘
工
程
第 19 卷
数据精度越高。图 3 直观地显示了无人机航测数据
表1
标准点数据 点号 X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 * * * * * * . 266 * * * * * * . 683 * * * * * * . 212 * * * * * * . 504 * * * * * * . 848 * * * * * * . 571 * * * * * * . 091 * * * * * * . 450 * * * * * * . 529 * * * * * * . 900 * * * * * * . 721 * * * * * * . 104 * * * * * * . 627 * * * * * * . 593 * * * * * * . 311 * * * * * * . 509 * * * * * * . 262 * * * * * * . 719 * * * * * * . 530 * * * * * * . 341 Y * * * * * * * . 236 * * * * * * * . 504 * * * * * * * . 953 * * * * * * * . 136 * * * * * * * . 913 * * * * * * * . 911 * * * * * * * . 106 * * * * * * * . 119 * * * * * * * . 498 * * * * * * * . 959 * * * * * * * . 600 * * * * * * * . 487 * * * * * * * . 712 * * * * * * * . 424 * * * * * * * . 688 * * * * * * * . 146 * * * * * * * . 911 * * * * * * * . 207 * * * * * * * . 300 * * * * * * * . 355 X * * * * * * . 229 * * * * * * . 741 * * * * * * . 226 * * * * * * . 473 * * * * * * . 847 * * * * * * . 643 * * * * * * . 078 * * * * * * . 497 * * * * * * . 570 * * * * * * . 811 * * * * * * . 723 * * * * * * . 150 * * * * * * . 714 * * * * * * . 629 * * * * * * . 450 * * * * * * . 497 * * * * * * . 379 * * * * * * . 602 * * * * * * . 526 * * * * * * . 275
数据快速采集技术试验 , 从多方面对利用 无人机低空 数码航测 及高分 辨率卫 星遥感 技术测 绘大比 例尺地形 图进行 技术比较和精度分析 , 并得到一些有实际 意义的结论。 关键词 : 轻型无人机 ; 低空数码航测 ; 高分辨率卫星 遥感 ; 比较分析 中图分类号 : P 231 文献标志码 : A 文章编号 : 1006 7949( 2010) 04 0068 03
精度及卫星遥感影像数据精度。
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坐标差 Y * * * * * * * . 277 * * * * * * * . 456 * * * * * * * . 962 * * * * * * * . 242 * * * * * * * . 876 * * * * * * * . 028 * * * * * * * . 109 * * * * * * * . 056 * * * * * * * . 46 * * * * * * * . 955 * * * * * * * . 646 * * * * * * * . 433 * * * * * * * . 726 * * * * * * * . 505 * * * * * * * . 706 * * * * * * * . 118 * * * * * * * . 897 * * * * * * * . 282 * * * * * * * . 385 * * * * * * * . 316 #X 0. 036 775 - 0. 057 920 - 0. 013 890 0. 031 275 0. 000 869 - 0. 071 320 0. 012 743 - 0. 047 280 - 0. 040 690 0. 088 325 - 0. 002 140 - 0. 045 870 - 0. 086 680 - 0. 035 460 - 0. 139 300 0. 011 789 - 0. 116 380 0. 117 246 0. 003 947 0. 066 585 #Y - 0. 040 550 0. 047 279 - 0. 009 220 - 0. 106 730 0. 037 647 - 0. 116 530 - 0. 002 550 0. 062 876 0. 038 027 0. 003 412 - 0. 045 800 0. 054 120 - 0. 014 310 - 0. 081 380 - 0. 017 900 0. 027 978 0. 014 478 - 0. 074 930 - 0. 085 540 0. 039 088 点位误差 0. 054 742 0. 074 769 0. 0166 730 0. 111 215 0. 037 657 0. 136 627 0. 0129 960 0. 078 669 0. 055 690 0. 088 391 0. 045 848 0. 070 945 0. 087 857 0. 088 767 0. 140 449 0. 030 360 0. 117 276 0. 139 142 0. 085 626 0. 077 210
The comparative analysis about spatial information access technologies based on light UAV low altitude digital aerophotogrammetry and high resolution satellite remote sensing
第4期
胡晓曦 , 等 : 无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析
∀ 69 ∀
图工作的灵活性 , 目前已经成为大比例尺测图技术 的重要发展方向。 高分辨率卫星遥感是以一种非常精细的方式来 观测地面 , 所获取的高空间分辨率遥感影像可以更 加清楚地表达地物目标的空间结 构与表层纹理 特 征, 可分辨出地物内部更为精细的组成 , 地物边缘信 息也更见清晰, 为有效地解译分析提供了条件和基 础。高分辨率遥感卫星影像使遥感卫星影像的适用 范围得到了扩展 , 不仅能应用于中小比例尺地图的 测绘 , 其高分辨率的特性同样也适用于大比例尺空 间信息的获取, 加之其现势性强且易更新, 已经成为 一种有效 的空间 信息 获取技 术。目 前, Q uickBird 卫星遥感能够大范围动态监测城镇及乡村地区的发 展与变化 , 从而较迅速地更新地理空间信息。然而 , 现阶段我国还是主要依靠购买方式获取高分辨率遥 感影像, 这种基于高分辨率遥感影像获取地理空间 信息的方式, 不仅使数据的现势性受到限制, 其成本 也大大增加。
收稿日期 : 2009 10 23 基金项目 : 十一五! 国家科技支撑计划重大资助项目 ( 2006 BA J 05A 13) 作者简介 : 胡晓曦 ( 1986- ) , 女 , 硕士研究生 .
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试验技术简介
用航空数码相机和轻型无人机分别代替传统航 空胶片和有人驾驶飞机 , 发展为无人机低空数码航 测技术, 能够更灵活、 快速地获取小范围区域的高精 度地理空间信息。无人机通常载重 10~ 50 kg, 安 装 1~ 4 个面阵数码相机, 可获取 0. 05~ 0. 50 m 分 辨率的光学彩色影像。并且 , 能够安装 GPS 和轻小 型稳定平台支持空中三角测量, 实现稀少地面控制 点情况下的高精度及高现势性测量 , 在提高工作效 率的同时也降低了测图成本。此外, 无人机对场地、 天气及环境条件的依赖性较低, 从而大大增强了测
个点位坐标, 其点位中误差为 0. 086 134 m 。 3. 2 高分辨率卫星遥感影像测图精度 表 2 为高分辨率卫星遥感影像测图中随机抽取 的 2wk.baidu.com 个点位坐标 , 其点位中误差为 0. 952 211 m 。 3. 3 点位误差分布图 利用 M AT L AB 软件编写程序 , 将以上两组数
H U Xiao xi1 , L I Yong shu1 , L I H e chao 2 , XU Yi na 1
( 1. G IS Eng ineer ing Center , Southwest Jiaoto ng U niv ersity , Cheng du 610031, China; 2. Sichuan Resea rch Institute o f T er ritor ial Sur veying and P lanning , Cheng du 610031, China)
3
数据成果精度分析
五一二! 大地震损毁了许多城镇乡村 , 为快速
获取地震灾区详细地理空间信息从而尽快地进行灾 后重建, 尤其考虑到四川盆地多云雾的气候特点 , 本 次试验采用无人机低空数码航测方法获取地震灾区 的航片及地理空间信息。同时 , 利用同一地区 2006 年的 QuickBird 高分辨率遥感影像 , 进行两种技术 方法的成果数据精度分析与比较。 由于在野外利用数字化测图法测绘的地形图精 度较高, 因此 , 该次试验以实地高精度测绘的地形数 据为标准 , 分别与无人机数码航测获得的点位数据 以及 QuickBird 遥感影像 获得 的点位 数据进 行比 较, 求出无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感 技术 2 种测图方法的点位中误差并将其进行比较分 析。具体作法是在将无人机与遥感影像获得的点位 数据统一到同一 地区野外实地测绘数据 坐标系统 中, 从 2 种影像中各随机选取若干地面点位坐标 ( 图 2 为随机选取试验点的分布情况 ) , 分别计算这 2 种 方法的点位中误差 , 并利用 M AT LAB 软件生成点 位误差分布图。
Abstract: With the fast developm ent of aero phot ogr am met ry and sat ellit e r em ot e sensing in r ecent years, the use o f light UAV low alt it ude dig it al aerophot ogramm et ry and high resolut io n sat el lit e remo te sensing is m ore and more popular. In view of the situatio n of t echno logical development at the present st age, and com bining w it h ex periment dat a, a compar at ive analy sis is m ade regarding several aspect s and som e usef ul conclusio ns are draw n. Key words: light UAV; lo w alt it ude digit al aer ophot og rammet ry; high r esolution sat ellit e remo te sensing ; com parat ive analy sis 无人机 UAV ( Unmanned Aerial Vehicle) 在军 事方面的发 展得到 广泛关 注, 其技术 已经较 为成 熟, 并在一些局部战争中被成功使用。同时 , 无人 机民用发展也颇受瞩目 , 主要应用领域有测 绘、 防 灾减灾、 森林防火、 国 土资源监测等。轻型无人机 低空数码航 测具备 灵活性 强、 高分辨 率及成 本较 低等优势 , 弥补了 遥感技 术在 快速获 取大比 例尺 地形信息方 面的不 足, 已 经在 我国大 比例尺 地形 图测绘、 城镇建设规划、 灾害应 急处理及国土资源 调查与监测等方面进行了 应用试验。本文在数据 采集试验的 基础上 , 对上 述两 种方法 进行技 术比 较与精度分析。
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轻型无人机航测及其数据处理
无人机低空数码航测工作主要分为外业航摄及
内业制图两部分。外业航摄的主要工作包括航飞拍 摄及利用 GPS- RT K 野外实测像控点坐标; 内业工 作主要包括相片拼接、 空中三角测量等 , 如图 1 所示。
图2
试验点位分布
3. 1
无人机低空数码航测测图精度 表 1 为无人机低空数码航测中随机抽取的 20
第 19 卷第 4 期 2010 年 8 月
测 绘 工 程 EN GINEERING OF SURVEYING AND M APP ING
V ol. 19 . 4 Aug. , 2010
无人机低空数码航测与高分辨率 卫星遥感测图精度试验分析
胡晓曦 , 李永树 , 李何超 , 许懿娜
摘
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( 1. 西 南交通大学 地理信息工程中心 , 四川 成都 610031; 2. 四川省国土勘测规划研究院 , 四川 成都 610031) 要 : 针对我国现阶段航测与遥感技术发展水平 及实际需求情况 , 结合 五一 二! 地震灾后重 建工作进 行地理空间