無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用

余波 向文豪 唐朝林

【摘 要】利用低空無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)快速獲取多角度影像數(shù)據(jù)，通過自動實(shí)景三維建模和三維模型立體量測技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)高精度大比例尺地形圖測繪。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)傾斜攝影；大比例尺地形圖測繪；三維模型

在我國城市規(guī)劃與土地資源管理中，大比例尺地形圖是基本的參考數(shù)據(jù)。傾斜攝影測量技術(shù)能夠進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)精確度與時效性，為地形測繪提供便捷，突破傳統(tǒng)測量技術(shù)的限制，使用多角度拍攝方式，收集整理全方位的地形信息。

一、傾斜攝影測量的原理

在傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展初期，測量工作是在有人機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，通過人工協(xié)調(diào)的方式，采集建筑外立面的紋理信息，然后再收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用空三模塊的技術(shù)處理，模擬建筑模型。測量人員通過在傾斜攝影相機(jī)上配置多個傳感鏡頭的方式，從多個角度分析、采集地形圖像信息，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配來對采集到的信息進(jìn)行初步分析，降低數(shù)據(jù)誤差，工作量仍然較大。隨著無人機(jī)在傾斜攝影中的應(yīng)用，測量人員通過在飛行器上搭載多個鏡頭傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，模擬人眼視覺，提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

二、傾斜攝影測量技術(shù)優(yōu)勢

傾斜攝影測量技術(shù)相對于傳統(tǒng)的航空航天攝影測量而言，其借助于無人機(jī)等飛行器，并創(chuàng)新利用了傳統(tǒng)的攝影方式，實(shí)現(xiàn)了自動化的三維模型建模采集影像數(shù)據(jù)的方法。這一突破使得其所獲取的信息不再是基礎(chǔ)的地形、地物的勘測，更是涉及到了地面起伏的狀況、地物紋理以及其他信息，構(gòu)造了良好的三維立體模型。并且由于其分辨率相對較高，可從多視角獲取影像信息，并同時輸出DSM、DLG等成果的優(yōu)勢特點(diǎn)，受到了越來越多人的關(guān)注。

三、傾斜測量技術(shù)應(yīng)用的重要意義

采用無人機(jī)傾斜測量技術(shù)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量方式的不足，在采集基本地形信息的同時，提供豐富的空間信息，提升地形建模效率。隨著我國城市規(guī)劃與工程施工等對地理信息的要求不斷提高，使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以確保地形圖數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，促使相關(guān)工作開展愈加順利，為工程質(zhì)量提供基本保障。除此之外，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)還能確保數(shù)據(jù)反饋更加及時，提供側(cè)面數(shù)據(jù)信息，提升數(shù)據(jù)采集效率，節(jié)約人力物力。

四、無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用

（一）測量區(qū)域分析和航拍設(shè)計

要利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行大比例地形圖的測繪，首先需要對測量區(qū)域進(jìn)行分析，大體掌握測量區(qū)域范圍和基本情況，合理設(shè)計航拍過程與航拍路線，全方位采集地形信息。無人機(jī)需要通過航拍對地形信息進(jìn)行采集，如果操作人員對地物、地形沒有基本位置掌握，很容易在信息收集過程中發(fā)生意外，甚至損壞無人機(jī)。另外，測量人員還要對測量區(qū)域的坐標(biāo)參數(shù)、控制點(diǎn)情況、測量區(qū)域面積進(jìn)行了解，根據(jù)實(shí)際需要布置傳感器，調(diào)整分辨率，設(shè)計合理的航拍路線與拍攝流程。

（二）航空實(shí)際拍攝

相關(guān)工作人員按照前期所涉及的航拍設(shè)計方案，利用無人機(jī)搭載好傳感器，多角度地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息。相對于傳統(tǒng)的測量技術(shù)，該新型技術(shù)充分發(fā)揮了其技術(shù)優(yōu)勢，縮短了項(xiàng)目測量的耗時，并且在人員配置上基本實(shí)現(xiàn)了只需要無人機(jī)操控員以及少量的工作人員，減少了項(xiàng)目成本。然而，由于該新興技術(shù)的專業(yè)人員相對較少，因此需要注重在采用該技術(shù)時盡量使其操作專業(yè)化和規(guī)范化。

（三）數(shù)據(jù)收集與建立三維模型

通過傾斜攝影測量技術(shù)收集地形信息之后，能夠利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理和傳輸，再通過專業(yè)的數(shù)碼傾斜測量影像導(dǎo)入軟件對地形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和解讀。另外，多視角影像平差技術(shù)能夠?qū)κ占降牡匦涡畔⑦M(jìn)行匹配和平差，精確數(shù)據(jù)信息，整理出詳細(xì)的地形數(shù)據(jù)，幫助測繪工作人員降低工作量。

（四）空中三角測量

傾斜攝影測量空三加密：傾斜攝影采用多視影像聯(lián)合平差充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關(guān)系，采用軟件Smart3DCapture，結(jié)合POS系統(tǒng)提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果。同時建立連接點(diǎn)和連接線、控制點(diǎn)坐標(biāo)、GPU/IMU輔助數(shù)據(jù)的多視影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程，通過聯(lián)合解算，確保平差結(jié)果的精度。Smart3DCapture軟件的空三報告中，重投影中誤差控制在0.5個像素左右，最大不超過0.55個像素，若超過0.55個像素建議航攝組重飛。

（五）調(diào)整測繪與成圖

在最后的成圖階段，測量工作人員再利用三維模型對地形中存在的實(shí)物進(jìn)行辨認(rèn)，可以減少外繪人員工作，只需要糾正測繪中存在的一些問題，進(jìn)一步提升大比例尺地形圖的數(shù)據(jù)精度，檢查地形圖質(zhì)量。通過傾斜攝影技術(shù)，大比列尺地形圖的繪制效率和精度都能得到提升。

（六）傾斜攝影測量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在傾斜攝影測量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，具體情況要具體分析。例如：（1）在不同的區(qū)域所對應(yīng)的當(dāng)?shù)氐匦吻闆r、周邊的居住狀況、交通狀況、水域狀況、植被狀況等方面，均會對傾斜測量過程中的通視狀況有所影響，會影響到測量工作；（2）在通視狀況較差的環(huán)境下，可通過配備兩次航空攝影，設(shè)置拍攝角度為45°以及五個角度的拍攝，利用多測區(qū)進(jìn)行測量，最后采用空三加密解算和模型進(jìn)行生產(chǎn)繪圖，可以收獲較好的繪圖成果。對于地形多為山地和丘陵的地區(qū)而言，則可以利用六旋翼無人機(jī)，并采用雙相機(jī)的模式來進(jìn)行測量，在此過程中，較為關(guān)鍵的是空三加密和數(shù)據(jù)建模等技術(shù)。而空三加密技術(shù)其主要是通過輸入方位信息的傾斜影像和所收集的數(shù)據(jù)來進(jìn)行自動匹配工作，再通過對相應(yīng)的匹配點(diǎn)進(jìn)行檢測，去除相應(yīng)的粗差點(diǎn)，最后構(gòu)建自由網(wǎng)，完成之后則能輸出成果。三維建模則是在多視角影像進(jìn)行矯正、平差、匹配等方面，最后得到相應(yīng)的傾斜模型。

五、傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在一些項(xiàng)目的施工過程中，盡管傳統(tǒng)的測量方面可能精度較高，但是其在耗時、耗人力方面則是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于傾斜攝影測量技術(shù)，所以大部分人員會選擇傾斜攝影技術(shù)來進(jìn)行，進(jìn)而有效保障其勘測的精度和工期。文章針對一些項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，首先是在房屋中，由于房屋其采用三維技術(shù)能采集到較高精度的信息，可以良好地識別出樓層的數(shù)量和房屋的材質(zhì)，提高了工作效率。而對于植被覆蓋區(qū)，三維技術(shù)其使用的難度高，產(chǎn)生的效果不如實(shí)地測繪的好，因此建議采用補(bǔ)測的方法。反之，在地面裸露區(qū)域，例如水田、旱地等區(qū)域，采用三維立體采集不僅可以保證高精度以及高效率，還能加快后期的成圖效率，所以建議采用三維立體技術(shù)。另外，在進(jìn)行技術(shù)選擇的過程中，一定要首先進(jìn)行基本的邏輯判斷，而對于房屋密集區(qū)域，最好采用的也是加密航拍的方式。對于一些特別的則可以立體收集，進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測或者野外實(shí)測制高點(diǎn)等方式，盡量確保其所采集到的精度達(dá)標(biāo)。

六、結(jié)語

傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖中的使用不僅能夠降低測繪工作的人力物力，更重要的是能夠從應(yīng)用原理出發(fā)，創(chuàng)新測繪流程，彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足，提升數(shù)據(jù)收集的效率與準(zhǔn)確度，促使工程施工的質(zhì)量不斷提高。

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