1 無人機技術發展現狀
由于傳統的航空攝影技術對機場和天氣條件的依賴性大、成本高、航攝周期長，造成了數據獲取能力不足，無法滿足我國經濟建設及空間信息服務的需求，因此急需新的遙感技術為日益發展的經濟建設和文化事業服務。以無人駕駛飛機為空中遙感平臺的技術，正是適應這一需要而發展起來的一項新型應用性技術，能夠較好地滿足現階段我國對航空遙感業務的需求，對陳舊的地理資料進行更新，從而充分保障數字中國、數字城市建設的空間信息的需求。
無人機遙感系統多使用小型數字相機(或掃描儀)作為機載遙感設備，與傳統的航片相比，存在像幅較小、影像數量多等問題，因此需要針對其遙感影像特點以及相機定標參數、拍攝姿態數據和有關幾何模型對影像進行幾何和輻射校正的軟件系統進行交互式處理，同時還需影像快速拼接、影像質量以及飛行質量的快速檢查和數據快速處理軟件，從而滿足整套系統實時、快速的技術要求。
2 航天遠景無人機綜合處理新方案
隨著國內無人機應用市場的逐漸升溫，航天遠景在無人機影像后處理方面也投入了大量的人力、物力，圍繞無人機高精度測繪和快速處理兩項關鍵技術展開研究。目前已掌握針對無人機大旋偏角影像的自動匹配技術、高精度空中三角測量技術以及影像圖快拼技術等一系列核心技術，并在國內首次推出便攜式的相機檢校軟件，使得無人機用戶隨時隨地進行相機檢校成為可能。特別在2014年10月，航天遠景面向有影像圖需求的非測繪用戶，推出了一鍵快拼軟件OKMatrix，以超越國內外同類軟件數倍的速度優勢，大幅提升了國土、林業、農業、水利、電力等行業用戶的操作體驗。
縱觀航天遠景的無人機軟件產品線，品種繁多，交相輝映，共同組成了完善的無人機后處理體系。根據軟件的功能特點和市場定位，可以將產品線分為兩類：
(1) 面向測繪用戶的無人機高精度方案
對于廣大的測繪用戶來說，精度是一切問題的出發點和落腳點，只有解決了精度問題，無人機技術才能在測繪領域中得到應用。航天遠景無人機測繪軟件產品線始終圍繞“精度”，已經能夠滿足1：1000比例尺地形圖精度要求。
(2) 面向行業用戶的一鍵快拼方案
對于廣大的非測繪行業用戶，影像圖的需求強烈，但是本身并不掌握復雜的攝影測量工藝。航天遠景在充分調研行業用戶需求的基礎上，推出了無人機一鍵快拼套件OKMatrix，將無人機影像圖制作簡化為“一鍵”。
2.1 面向測繪用戶的無人機高精度方案
利用無人機進行高精度地形測繪，涉及到圖1所示的多個環節，只有每一個環節的質量指標滿足要求，最終的成果才能滿足要求。航天遠景的無人機高精度測繪方案正是基于這一思路，著眼于無人機地形測繪的全局，將精度指標分解到各個環節，層層把關，逐級控制。針對無人機測繪的各個階段對軟件系統的不同需求，航天遠景提供了一系列的軟件系統，從而解決了無人機小數碼影像的航拍現場快速影像質量檢查、相機布控、相機輻射校正、內業空三以及高精度大比例尺3D產品的快速生產等各個階段的問題。
圖 1 航天遠景無人機高精度測繪全流程圖
2.1.1 航拍階段
航拍階段的工作重點是獲取無人機測繪所需的影像，旋偏角、重疊度以及航線彎曲度是這個階段的重要指標。在航天遠景的無人機方案出現之前，航拍階段缺少有效的質量控制手段，通常是在空三加密的時候，根據自動轉點的情況評價航飛質量，當發現質量不合格時，只能重飛，造成工期浪費，也增加了生產成本。
航天遠景OKMatrix是一款針對無人機的航飛質量檢查軟件，為航飛隊提供現場航拍質量評估能力，能夠在5～10分鐘內完成一個架次的質量評價工作，輸入圖2所示的質量報告。
圖 2 質量報告
圖(a)，以文字和統計報表的形式表達航拍質量的關鍵指標，圖(b)、(c)，以圖形化的形式顯示航拍區的概略影像、稀疏DEM和重疊度，提高質量檢查結果的直觀性。
2.1.2 像控測量階段
一般情況下，無人機影像幅面遠小于傳統航攝儀獲取的影像幅面，如果參照傳統航空攝影測量的標準進行控制點的布設，則需要布設大量的地面控制點。控制點合理布設、控制點的外業量測以及控制點的內業轉刺成為像控測量階段的主要任務。在航天遠景的無人機方案出現之前，通常需要進行自由網平差，生成測區鑲嵌圖，對照鑲嵌圖和航片，人工布設控制點，并制作像控片，再有外業測量人員攜帶紙質的鑲嵌圖和像控片，到野外測量控制點的物方坐標。在這個作業過程中，控制點的布設是一個人工過程，其合理性高度依賴于作業員的經驗，外業測量人員所攜帶的紙質材料也能有效發揮現代導航技術的優勢，不能有效指引作業員以最快的方式到達既定點位。這些問題的存在制約了像控測量的工作效率，尤其是在無人機測繪需要大量地面控制點的情況下，這一問題更加突出。在工期和成本緊張的情況下，只能盡量減少控制點的使用量，對最終成果的精度產生潛在的威脅。
航天遠景SurveyMatrix致力于像控測量的無紙化和智能化。圖3為SurveyMatrix四大功能：(1)全自動布控，點位分布更合理，布設質量與作業員經驗相關度低;(2)外業測量智能導航，能夠依據作業所處位置，自動計算到達每一個既定點位的最有路線，加快尋點過程;(3)測量、平差同步進行，能夠即時發現控制測量中的粗差點，減少返工;(4)測量、記錄一體化，與RTK手簿無縫結合，既能記錄點位也能拍攝現場照片，建立照片和點號之間的關聯關系，杜絕點號、點位及現場照之間的張冠李戴。
圖 3 SurveyMatrix 功能示意圖
2.1.3 相機檢校階段
無人機上通常搭載家用數碼相機，這類相機的畸變比較大，如果不進行精密檢校而直接用于攝影測量，即使在空三加密階段采用了帶系統誤差自檢校的光束法區域網平差算法，仍然不能滿足高精度測繪的要求，為此，相機檢校成為無人機高精度測繪中至關重要的一個環節。在航天遠景的無人機方案出現之前，用戶需要每隔一段時間，將相機快遞到具備相機檢校能力的實驗室進行檢校。由于來回快遞，周期至少3天時間，而無人機的航拍時間窗口有限，與天氣密切相關，用戶通常會為了在氣象條件良好時抓拍，而放棄起飛前的相機檢校，這將對無人機的高精度測繪產生不利影響。
航天遠景EasyCalibrate是市面上唯一一款全自動化的相機檢校軟件，利用LCD平面控制場進行相機標定的相機參數解算軟件，專門用于檢校中、小像幅相機內方位元素，非常適合利用無人機小數碼影像進行航測內業數據生產的客戶使用。對于熟練的作業員來說，從拍照到輸出檢校報告，只需要20～30分鐘的時間，大大降低的用戶進行相機檢校的經濟成本和時間成本，將相機檢校工作從目前的必要時檢校轉變為常態化檢校。
EasyCalibrate的特點可以總結為兩個“簡單”，一個“可靠”。第一個“簡單”是相機檢校所需的儀器簡單，只需要圖4所示的一臺大尺寸(42英寸以上)液晶顯示器和一個三腳架。
圖 4 相機檢校儀器
第二個“簡單”是檢校過程簡單，檢校照片拍攝完成后，無需任何設置即可開始檢校計算，一個按鈕就可以全自動完成相機檢校工作。一個“可靠”指的是精度可靠，對檢校影像上的標志點進行高精度定位后，使用最嚴格的光束法平差進行計算得到相機的內方位元素和畸變差參數。理論計算和實際生產表明，EasyCalibrate的相機檢校結果是穩定可靠的。
2.1.4 空三加密階段
與傳統航空攝影測量空三加密一樣，無人機空三加密仍然采用航天遠景的空三加密軟件DatMatrix。DatMatrix是航天遠景主研發的空中三角測量系統，算法先進、運行可靠、運算快速并且結果精確。除半自動量測控制點之外，其他所有作業如：內定向、選取加密點、轉刺加密點、相對定向、模型連接和生成整個測區像點網等都可以自動完成，并集成PATB光束法區域網平差軟件，所以粗差檢測功能和平差計算功能都很強大。
航天遠景的空三加密軟件集計算機視覺影像匹配與傳統攝影測量匹配于一身，能夠普適各種地形，其自動轉點成功率高，穩定性好，是一款適合無人機特點的空三加密軟件。
2.1.5 DEM、DLG、DOM產品生產階段
與傳統航空攝影測量一樣，無人機測繪中DEM、DLG以及DOM產品的制作仍然選用用戶熟悉的MapMatrix和易拼圖(EPT)。在保持用戶原有使用習慣不變的情況，增加了針對無人機影像特點的擴展功能。
(1) DEM自動生成
與傳統的基于模型的自動匹配生成DEM不同， 采用了多基線全區匹配方法，能夠發揮無人機的影像重疊度大的優勢，提高自動匹配的可靠性和成功率。
(2) DLG采集
無人機影像幅面小，基線短，DLG采集時模型切換頻繁。為此，MapMatrix采用實時核線的立體顯示方式，省去了常規攝影測量中的相對定向、核線采集等步驟，使得作業效率提升20%。
(3) DOM產品生成
無人機影像幅面小，拼接線多，拼接工作量大，易拼圖2.0針對無人機影像特點新增了自動搜索拼接線功能，能夠最大限度的減少拼接工作量。
2.2 面向行業用戶的一鍵快拼方案
非測繪行業用戶有強烈的影像圖需求，但是本身又不具備掌握復雜攝影測量工藝的條件，沒有專業的航飛隊伍。針對行業的特點，航天遠景推出了圖5所示無人機正射影像圖一鍵快拼套件。
圖5 正射影像圖一鍵快拼套件
一鍵快拼套件由便攜式無人機和快拼工作站組成。一鍵快拼套件中的“一鍵”有兩層含義，既包含圖6所示的無人機的一鍵起飛，也包含圖7所示的無人機影像的一鍵處理。
圖6 無人機一鍵起飛
圖7 無人機影像一鍵處理
3 結論與展望
自無人機進入測繪領域以來，收到了廣泛關注，經歷了從無法處理到能夠處理的過程，處理成果也逐步從低精度轉變為高精度。與此同時，非測繪行業用戶對影像圖的需求也進一步刺激了無人機相關應用的開展，具有以影像圖為主要產品，相對精度高，絕對精度相對較低的特點。從目前的應用情況來看，無人機在地理信息行業的應用將細分為兩個方向，一個是面向測繪用戶的高精度方向，一個是面向行業用戶的便捷處理方向。航天遠景借10周年產品全國巡展之際，針對兩個不同的方向分別推出了特色鮮明的產品，相信隨著新產品的推廣和普及，將會進一步激發無人機相關應用的活力，為廣大無人機用戶提供更快、更好的產品和服務。
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