無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪方面的應(yīng)用

鄭方亮

摘? ? 要：在無人機(jī)技術(shù)產(chǎn)生之前，相關(guān)的地理獲取工作主要使用的就是人工進(jìn)行采集，而這種工作模式，存在著許多的問題，成本高，生產(chǎn)時(shí)間長，以及程序復(fù)雜等等，而這些問題對(duì)整個(gè)地理信息獲取的工作，帶來了巨大的難度。而隨著科技的逐漸發(fā)展，對(duì)于地理信息的精度和時(shí)效性要求也越來越高，所以隨著科技的不斷發(fā)展，人們逐漸發(fā)明了無人機(jī)，而無人機(jī)在使用在地信息獲取的工作中，成本較低拍或拍攝范圍較廣，飛行速度慢等各種各樣的優(yōu)點(diǎn)，比以往的人工作業(yè)模式，更加的適合地理信息獲取的工作。總體來說使整個(gè)地理獲取工作變得更加容易，為地理信息獲取工作，提供了巨大的發(fā)展。本文以海寧大比例尺地形圖采集項(xiàng)目為例進(jìn)行試驗(yàn)分析，證明利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)采集的大比例尺地形圖精度滿足規(guī)范要求，成圖效率大大提高。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;數(shù)字正射影像;數(shù)字三維模型;無人機(jī)

1? 引言

大比例尺地形圖測繪方法較多，但常規(guī)的方法相對(duì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難滿足當(dāng)下測繪市場的需求。傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)，融合了正射和傾斜影像，通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。特別是近年來，隨著小型低空無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，搭配以高分辨率非量測型數(shù)碼相機(jī)，使得低空無人機(jī)航攝技術(shù)在大比例尺地形圖測繪方面得到廣泛的應(yīng)用，也因?yàn)槠渚哂蟹奖憧旖?、成本低、工作量小、反?yīng)迅速等特點(diǎn)，使得它在小區(qū)域、地形條件復(fù)雜、人難以到達(dá)等地區(qū)的高分辨率影像獲取方面具有明顯優(yōu)勢，成為對(duì)傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)的有效補(bǔ)充。低空無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可以快速，準(zhǔn)確地獲取一定精度的大比例尺地形，是現(xiàn)階段測繪地理信息行業(yè)內(nèi)探討較多的話題。

2? 傾斜攝影原理及特點(diǎn)

2.1? 傾斜攝影原理

無人機(jī)攝影技術(shù)的原理就是在無人機(jī)飛行平臺(tái)上，通過多個(gè)數(shù)碼相機(jī)，以垂直或者傾斜等多種角度來對(duì)地物進(jìn)行拍攝。而在拍攝過程中，比較常用的五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)充分結(jié)合了無人機(jī)平臺(tái)的GPS/IMU系統(tǒng)，由此來獲得POS數(shù)據(jù)以及相關(guān)圖像控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后再通過相應(yīng)軟件來對(duì)數(shù)字表明模型和數(shù)字正攝影圖像和3D模型進(jìn)行有效的處理。

2.2? 傾斜攝影測量技術(shù)特點(diǎn)

其一就是其拍攝的圖像立體效果更加真實(shí)，能夠?qū)θ祟惖母兄軌蛞愿诱鎸?shí)的狀態(tài)反應(yīng)出來;其二就是能夠?yàn)榻Ｌ峁┑募y理信息更加真實(shí)而且豐富;其三就是能夠充分實(shí)現(xiàn)高精度的測量工作。此外，無人機(jī)能夠充分實(shí)現(xiàn)低空遙感操作，而且不僅操作起來比較簡單，而且可操行也比較強(qiáng)，圖像采集的周期大幅度縮短。由此我們可以看出，通過無人機(jī)攝影技術(shù)來獲得真實(shí)的三維模型，同時(shí)使用矢量繪圖平臺(tái)來獲得地形圖所需要的相關(guān)元素，能夠在很大程度上改變傳統(tǒng)測量技術(shù)所存在的不足，在很大程度上提高了測量的效率和測量的質(zhì)量。為工程建設(shè)的順利開展提供了更加有效的數(shù)據(jù)支持。

2.3? 傾斜相機(jī)的性能要求

在傾斜攝影系統(tǒng)中，其鏡頭的數(shù)量和類型有很多中，不僅有多頭的，而且還有單頭的，能夠通過不同角度來獲得圖像，并且能夠?qū)崿F(xiàn)單架次操作的廣度和深度。一般在無人機(jī)實(shí)施航空測量工作時(shí)，其像素會(huì)控制在3500萬以上，因?yàn)閮A斜攝影技術(shù)是對(duì)一次曝光獲得影像像素實(shí)施控制，所以在測量過程中不能對(duì)單一相機(jī)的像素進(jìn)行固定，而對(duì)其工作的時(shí)間，電池的壽命以及曝光的功能和圖像的采集等功能則可以實(shí)施限制，雖然器械曝光能夠獲得更好的更高的像素，但是因?yàn)槌杀?，還需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。通常情況下，單個(gè)鏡頭的像素要控制在2000萬以上，而一次曝光的像素也要控制在1億。此外為了滿足特定條件下的測量需要，相機(jī)的作業(yè)時(shí)間也要控制在90分鐘以上，并且要確保其能夠全天候的作業(yè)，而且只有具有曝光功能的相機(jī)才能充分滿足影響重疊度的具體要求。

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

3.1? 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1? 傾斜影像數(shù)據(jù)獲取

傾斜影像數(shù)據(jù)獲取是在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器（通常是采用5臺(tái)相機(jī)或五鏡頭相機(jī)），同時(shí)從各個(gè)角度獲取地物、地貌的垂直和傾斜影像以及位置信息，垂直地面拍攝的影像稱為正片，鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝的影像稱為斜片。

3.1.2? 傾斜影像密集匹配

與傳統(tǒng)攝影測量相比，傾斜攝影測量使地面上的物體幾何變形大，分辨率變化大。而這樣一來，就使相關(guān)的匹配工作十分難以完成。所以為了更好的使用傾斜攝影的方法，解決相關(guān)的問題，就提出了密集匹配技術(shù)，使用密集匹配技術(shù)可以，獲得高精度和高密度的數(shù)據(jù)。使整個(gè)地面上的物體呈三維立體。這種方法比以往的傳統(tǒng)攝影測量方法更加便捷，對(duì)于物體的描述也更加的清晰，精度更高，更加適合目前地理信息獲取的方式。能夠進(jìn)一步促進(jìn)這個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

3.1.3? 生產(chǎn)三維模型

再對(duì)所拍攝的影像進(jìn)行處理后，就可以進(jìn)行三維模型的生產(chǎn)，利用所獲取的影像數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，使其變成三維模型，而三維模型主要分為兩種，一種是作為紋理生產(chǎn)的三維模型，而另外一種，利用相關(guān)軟件獲得三維模型，而這兩種三維模型在不同的領(lǐng)域中都可以發(fā)揮著不同的作用，為整個(gè)行業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展提供了技術(shù)保障。

3.1.4? 傾斜影像數(shù)據(jù)處理

傾斜影像數(shù)據(jù)處理是將正片與斜片進(jìn)行多視角影像聯(lián)合平差、多視角影像密集匹配、TIN三角網(wǎng)構(gòu)建、3D紋理映射等過程，以此生成基于傾斜影像紋理的“全要素、全紋理”實(shí)景三維模型，實(shí)現(xiàn)三維可量測。與人工建模相比，傾斜攝影自動(dòng)化建模具有高效率、高精度、高真實(shí)感和低成本的優(yōu)勢。

3.2? 精度分析

利用傾斜攝影測量技術(shù)生產(chǎn)大比例尺地形圖，其精度是否符合相應(yīng)的《規(guī)程》、《規(guī)范》的要求，我們通過在海寧項(xiàng)目的測區(qū)范圍內(nèi)利用RTK技術(shù)，采集相關(guān)明顯地物的特征點(diǎn)與傾斜攝影測量技術(shù)采集的相應(yīng)特征點(diǎn)進(jìn)行比較分析，結(jié)果如下：（1）高程精度統(tǒng)計(jì)。高程點(diǎn)檢查，共檢查1503個(gè)，經(jīng)計(jì)算，粗差點(diǎn)9個(gè)（按一類地物），粗差率0.6%，中誤差為±11.0cm，精度達(dá)到規(guī)范要求。（2）平面精度統(tǒng)計(jì)。地物平面點(diǎn)位檢查，共檢查5374個(gè)，經(jīng)計(jì)算，粗差點(diǎn)77個(gè)（按一類地物），粗差率1.4%，中誤差為±2.6cm，精度達(dá)到規(guī)范要求。

4? 結(jié)束語

本文采用無人機(jī)傾斜攝影建模方法進(jìn)行大比例尺測圖技術(shù)路線具有可行性，精度能滿足大比例尺測圖規(guī)范要求。但其在大比例尺測繪領(lǐng)域的應(yīng)用處于起步階段，應(yīng)用深度和廣度還有待于進(jìn)一步拓展，但其高分辨率和高機(jī)動(dòng)性是其它遙感技術(shù)無法比擬的。因此，值得對(duì)其工程化應(yīng)用做進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐思奇，黃先鋒，張帆等.傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2018（2）：111～115.

[2] 王明，黃文鈺，賀春林等.四旋翼無人機(jī)航攝技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用[J].西北水電，2017（6）：34～36.

[3] 譚金石，黃正忠.基于傾斜攝影測量技術(shù)的實(shí)景三維建模及精度評(píng)估[J].現(xiàn)代測繪，2015（5）：21+24.

[4] 康學(xué)凱，王立陽.無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形測繪中的應(yīng)用研究[J].礦山測量，2017（6）：44+47.

[5] 馬靜，石瑩.淺談傾斜攝影測量在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用[J].測繪標(biāo)準(zhǔn)化，2017（3）：46～48.