傾斜航空攝影技術(shù)發(fā)展及其在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用

唐熒

摘 要： 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，傾斜攝影技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越常見(jiàn)，能有效獲取建設(shè)區(qū)域的自然特征，保障測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性和精確性，為工程建設(shè)提供可靠依據(jù)。明確技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，切實(shí)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)介紹傾斜攝影技術(shù)的基本原理與特點(diǎn)，探索傾斜攝影技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞： 傾斜航空攝影;數(shù)字城市;應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TU198 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.053

1 引言

傳統(tǒng)的攝影測(cè)量一般都是從垂直角度單一拍攝，傾斜攝影測(cè)量通過(guò)從同一個(gè)平臺(tái)上搭載多種傳感器，同時(shí)從垂直和四個(gè)傾斜方向拍攝，同時(shí)獲取前后左右和下視五個(gè)方向的影像圖，通過(guò)后處理操作，將地面物體帶入人眼真實(shí)的三維直觀世界。航空傾斜攝影的應(yīng)用極大地拓展了攝影測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域，傾斜攝影不僅能夠真實(shí)的反應(yīng)地物地貌現(xiàn)狀，而且還具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取便捷等特點(diǎn)。同時(shí)，在引入傾斜攝影測(cè)量后，城市三維建模的工作效率大幅度提高，且成本得到了大幅度降低。

2 傾斜攝影技術(shù)的基本原理與特點(diǎn)

在傳統(tǒng)攝影的基礎(chǔ)上，興起了傾斜攝影技術(shù)，能消除垂直方向獲取影像時(shí)存在的弊端，尤其是與無(wú)人機(jī)的有效融合，可促進(jìn)工作效率的提升，增強(qiáng)測(cè)量工作的靈活性。在無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)的幫助下，能快速獲取地面物體的相關(guān)參數(shù)，具有低成本、高效化的特征。對(duì)影像采用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理，包括區(qū)域網(wǎng)絡(luò)平差、匹配、DSM生成和三維建模等多個(gè)環(huán)節(jié)。建筑物的立體結(jié)構(gòu)能在多個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量分析，明確地面建筑物屬性與位置，保障空間數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性與自動(dòng)化，以完善的測(cè)繪產(chǎn)品為工程建設(shè)提供依據(jù)。多個(gè)傳感器應(yīng)用于無(wú)人機(jī)中，測(cè)量區(qū)域可以從不同的角度進(jìn)行拍攝，保障影像信息具有較高的分辨率，通過(guò)三維數(shù)字模型的生成，為建筑工程測(cè)量工作提供依據(jù)。運(yùn)用傾斜攝影技術(shù)，能從垂直、左視、右視、前視、后視5個(gè)方向獲取影像，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面建筑物形狀、位置和地形縱橫斷面的全面分析，可以自主選擇地形圖比例尺，為地物的模擬分析奠定了基礎(chǔ)。在三維模型的構(gòu)建中，無(wú)需較多的人力與資金投入，因此具有成本低廉的特點(diǎn)，其靈活的應(yīng)用方式也大幅提升了測(cè)量工作效率。

3 數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)

3.1 采集紋理信息

大數(shù)據(jù)時(shí)代下，基于信息技術(shù)的行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)生成海量的信息數(shù)據(jù)。在航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用中同樣如此，需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、處理。目前常用的數(shù)據(jù)采集方法有兩種，一種借助計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成，由mapmatrix軟件和virtuzo軟件協(xié)調(diào)配合，利用兩種軟件生產(chǎn)的圖像，來(lái)構(gòu)建三維模型。對(duì)測(cè)繪信息進(jìn)行全面的采集，并實(shí)現(xiàn)有價(jià)值信息的編輯和存儲(chǔ)。另一種方法則是依靠航測(cè)內(nèi)部編輯人員完成的，其將目標(biāo)信息存入JX4方法，對(duì)數(shù)據(jù)編輯結(jié)束后，再將最終的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。在圖像的制作階段，常用到的工具仍然是photomod軟件，該軟件的優(yōu)勢(shì)就在于，能夠?qū)Χ喾N類型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集以及統(tǒng)計(jì)。此外，無(wú)人機(jī)在正式工作前，要制定充分科學(xué)的飛行方案，確保能夠完成拍攝任務(wù)。首先，要像有關(guān)部門遞交飛行申請(qǐng)，提前做好空域準(zhǔn)備，以避免不必要的麻煩。其次，還要明確無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，例如其飛行高度、間隔距離以及導(dǎo)航范圍等。只有確保無(wú)人機(jī)各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置合理，才能為無(wú)人機(jī)的正常工作打下良好的基礎(chǔ)。而且photomod軟件的應(yīng)用，實(shí)際上需要飛行方向等信息的支持，只有在掌握飛行方向的前提下，才能進(jìn)行地形數(shù)據(jù)的采集和編輯。

3.2 高度測(cè)量

在測(cè)量建筑的穹頂高度時(shí)存在較多困難，在此過(guò)程中采用了全站儀對(duì)邊測(cè)量方法、電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法和無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)。運(yùn)用電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量的次數(shù)為2次，較差應(yīng)控制在100mm以內(nèi)，觀測(cè)成果選擇兩次平均值，促進(jìn)測(cè)量精度的提升。應(yīng)用全站儀對(duì)邊測(cè)量方法時(shí)，能夠保障良好的觀測(cè)角度，同時(shí)保障測(cè)量的精度。以空間后方交會(huì)模型為基礎(chǔ)，實(shí)施無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，校驗(yàn)相機(jī)時(shí)運(yùn)用試驗(yàn)場(chǎng)檢驗(yàn)法，通過(guò)航空攝影的方式獲取影像，在空三加密后生成DEM、DOM、點(diǎn)云數(shù)據(jù)和實(shí)景三維模型。

3.3 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量（aerotriangulation，AT）過(guò)程將相機(jī)參數(shù)、影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)進(jìn)行多視角影像特征點(diǎn)密集匹配，建立在空間尺度可以適度自由變形的立體模型，完成相對(duì)定向;將外業(yè)測(cè)定的像片控制點(diǎn)成果，在內(nèi)業(yè)環(huán)境中進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，利用這些點(diǎn)對(duì)已有區(qū)域網(wǎng)模型進(jìn)行約束平差解算，將區(qū)域網(wǎng)納入到精確的大地坐標(biāo)系統(tǒng)中，完成絕對(duì)定向。本文通過(guò)Context Capture對(duì)導(dǎo)入的傾斜攝影測(cè)量影像進(jìn)行計(jì)算，提取大量的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行多視角影像同名點(diǎn)匹配，進(jìn)而計(jì)算出每張?jiān)枷衿淖藨B(tài)和空間位置信息，最終確定出各像片間的關(guān)系?？杖馑阃瓿珊螅稍贑ontext Capture中查看整個(gè)航帶的布設(shè)情況，解算出空三點(diǎn)的位置密度、每張像片的相對(duì)位置、像片所覆蓋的范圍方位角等信息。普通攝影測(cè)量更多地獲取建筑物頂部的紋理信息，而傾斜攝影測(cè)量則盡可能多地獲取側(cè)面紋理信息。同一地物會(huì)出現(xiàn)在不同的影像上，選擇最佳紋理非常重要，可以有效減少影像紋理過(guò)度變形。通過(guò)計(jì)算三維不規(guī)則三角網(wǎng)（triangulated irregular network，TIN）模型的三角形面與影像對(duì)應(yīng)的區(qū)域間幾何關(guān)系，尋找最佳紋理進(jìn)行投射，實(shí)現(xiàn)紋理貼附。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中主要探討無(wú)人機(jī)傾斜攝影如何在城市進(jìn)行三維快速建模，基于在前視、后視、左視、右視和下視五鏡頭傳感器中，對(duì)地物共拍攝的五組等效面積的影像圖，經(jīng)過(guò)模型制作、空中三角測(cè)量等操作精確生成影像點(diǎn)云和三維TIN模型。經(jīng)模型分析，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)傾斜攝影快速建立三維城市模型的可行性，但由于無(wú)人機(jī)本身的缺陷，體積小，重量輕，會(huì)導(dǎo)致在飛行過(guò)程中的穩(wěn)定性較差，這也是后續(xù)需要解決的問(wèn)題。

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