[发明专利]一种基于UAV航测地形数据的噪声处理技术

说明书

本发明公开了一种基于无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)低空航测地形数据的噪声处理技术，主要用于开展野外土壤侵蚀、地表景观和河床演变的地形测量。主要技术手段是通过Pix4D mapper运行得到4种不同图像比例的点云数据，运用Cloud Compare将点云转为栅格图层，运用ArcMap进行点云密度分析，得到最优点云密度参数。利用本方法确定的最优点云密度参数，运用ArcMap的图像处理工具进行DEM噪声的深度处理。本方法的原理清晰，简单易学，降噪效果好，适用于高原、山区、丘陵、平原冲积河流等复杂地形条件下高精度的地形数据处理。

技术领域

本发明涉及河床演变学、无人机测量技术及图像噪声处理技术等领域。

背景技术

自然界河流形态万千，不同尺度变化大，大多数河流发源于高原山区，路远道险，不易接近。目前高原河流(长江源、黄河源、澜沧江源等)缺少高精度的实测地形及水沙数据，若用传统人力测量方法获取实测资料则较为困难。如何高效获取大范围野外地形数据并研究河床演变规律一直是学者们密切关注的问题。

传统野外测量方法主要通过全站仪、经纬仪、RTK等测绘仪器对研究区域进行人工测绘。高原河流形态多变，地形复杂，自然条件恶劣，测量精度及测量区域受人为因素和自然条件约束较大，耗费大量人力物力，无法开展长期野外工作。近年来无人机(UnmannedAerial Vehicle，UAV)技术迅猛发展，无人机航测因其成本低、可操作性强、获取影像分辨率高等优点，成为除遥感卫星外，另一种获取高分辨率影像数据的野外测量方式。然而，由于无人机影像畸变大，误差匹配点较多，受影像纹理质量及点云匹配插值的影响，测量区域存在不同点云密度分布及地物边界点云插值不连续等问题，导致生成的DEM地形数据上存在噪点。然而，噪点将影响整个DEM数据的精度，导致局部地形数据无法运用，降低了航测数据的可靠度和科学性。因此，减小UAV航测的DEM数据噪点，对获取高精度、高分辨率的DEM航测地形数据及研究高原河流的河床演变问题具有重要科学意义与实践价值。

作者通过总结大量野外科考实践经验，利用长江源、黄河源和澜沧江源的2018年野外UAV航测数据，经过多种方法分析比较，最终发明出一种基于UAV航测地形数据的噪声处理技术。该方法简单易学，时间成本与人力成本低，降噪效果好，极大提高航测DEM数据精度和可靠性，为进一步开展青藏高原河流演变规律的研究提供了科学且可靠的测量方法。

发明内容

本发明要解决的问题是：

1、无人机航测影像的预处理。

2、无人机点云数据的获取。

3、无人机DEM数据的获取。

4、DEM数据噪声处理。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

1、运行Pix4D mapper第1项处理(初始化处理)。初始化处理选项中，选择特征点图像比例为全面高精度处理。此步骤的目的为矫正航拍影像的畸变，通过不断优化相机参数来减小影像畸变误差。

2、基于初始化处理结果，对航测区域的像控点进行刺点操作。像控点是采用中海达的载波相位差分技术的RTK实测坐标数据，用于矫正航测地面高程。

3、运行Pix4D mapper第2项处理(点云)。通过对比分析不同分辨率情况下的点云密度情况，选取最佳点云密度图像比例(1/2)，处理原始图像得到点云数据。

4、运行Pix4D mapper第3项处理(DSM)，同时取消软件自带的DSM过滤噪点操作。

5、分析无人机正射影像DSM数据，裁剪研究区域，运用ArcMap对点云生成的DEM栅格文件进行波段提取及噪声过滤，得到降噪后的优化DEM数据。