大比例尺地形圖測繪中的傾斜攝影測量技術(shù)要點(diǎn)

魏曉琴

（廣州卓信致地規(guī)劃咨詢有限公司，廣東廣州510000）

傾斜攝影測量技術(shù)是指利用在同一飛行平臺(tái)中所搭載的多臺(tái)傳感器設(shè)備，從垂直和傾斜等多個(gè)不同角度進(jìn)行影像獲取，以實(shí)現(xiàn)地形圖測繪的一種技術(shù)。它作為近年來在地形圖測繪中新興的一種技術(shù)方法，不僅突破了傳統(tǒng)航空攝影測量只能進(jìn)行垂直角度影像獲取的局限性，而且能夠?qū)φ鎸?shí)的地物情況進(jìn)行全面反映和呈現(xiàn)，在先進(jìn)的定位技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)更為精確的地理信息與更加豐富的影像資料獲取，實(shí)現(xiàn)遙感影像技術(shù)在地形測繪領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展和深入應(yīng)用。下文將通過研究分析傾斜攝影測量技術(shù)的特點(diǎn)及其原理，提出傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪應(yīng)用中的技術(shù)要點(diǎn)。

1 傾斜攝影測量技術(shù)的特點(diǎn)與原理分析

1.1 傾斜攝影測量技術(shù)的特點(diǎn)

傾斜攝影測量技術(shù)在實(shí)際測繪應(yīng)用中，是利用傾斜航拍攝影機(jī)進(jìn)行測量地形圖的影像資料獲取、分析與處理，滿足地形圖測繪需求。其中，傾斜航拍攝影機(jī)關(guān)于地形圖影像拍攝與獲取，是通過一定的傾斜角度設(shè)置實(shí)現(xiàn)傾斜攝影和測量。對(duì)傾斜攝影測量技術(shù)的主要特點(diǎn)，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：①它是在對(duì)傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)的融合、發(fā)展與應(yīng)用基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一種測量技術(shù)，在具體測量分析中能夠通過對(duì)無人機(jī)等多種飛行載體的搭載利用，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)快速采集與獲取，從而構(gòu)建全自動(dòng)化的三維分析模型，為有關(guān)測量和分析提供支持；②傾斜攝影測量技術(shù)在測繪應(yīng)用中，能夠通過對(duì)多視點(diǎn)與視角影像的獲取，對(duì)測量分析地物的外觀、高度以及位置等信息進(jìn)行全面采集，實(shí)現(xiàn)DSM、DLG 和DOM、TDOM 等多種測量分析成果獲取，對(duì)傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行替代；③傾斜攝影測量技術(shù)的攝影分辨率較高，并且在攝影測量中的視場角相對(duì)較大；④傾斜攝影測量技術(shù)在實(shí)際測繪應(yīng)用中，還能夠針對(duì)同一地物實(shí)現(xiàn)多重分辨率的影像獲取，為有關(guān)測繪工作開展提供充分的支持。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)的原理分析

傾斜攝影測量技術(shù)早期是在傳統(tǒng)的有人飛機(jī)上應(yīng)用，進(jìn)行建筑外立面的紋理信息采集。近年來，在圖像自動(dòng)匹配技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用推動(dòng)下，傾斜攝影測量技術(shù)在實(shí)際測繪應(yīng)用中，通過將傾斜放置相機(jī)所采集圖像在空三模塊中加入和處理，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度的城市建筑物場景構(gòu)建。值得注意的是，由于用于測繪分析的傾斜攝影相機(jī)中配置有3～5個(gè)方向的傳感器鏡頭，能夠同時(shí)從前、后、左、右和垂直面等5個(gè)不同的角度進(jìn)行測量地物的影像獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地物的多視角影像數(shù)據(jù)與地面物體的側(cè)面信息有效采集，在進(jìn)行影像采集與獲取后，還能夠通過對(duì)多視影像的區(qū)域聯(lián)合平差以及多視影像匹配、正射糾正、生成DSM、三維建模與數(shù)據(jù)分析等處理，實(shí)現(xiàn)最終的傾斜攝影測量技術(shù)產(chǎn)品獲取。

根據(jù)上述對(duì)傾斜攝影測量技術(shù)的基本工作原理分析，以5個(gè)鏡頭和2個(gè)鏡頭的傾斜攝影相機(jī)為例：配有5個(gè)傳感器鏡頭的傾斜攝影相機(jī)，通過5個(gè)鏡頭同時(shí)曝光來實(shí)現(xiàn)5個(gè)不同角度的攝影圖像一次性獲取，并且其單個(gè)鏡頭分辨率能夠達(dá)到2000 萬像素以上，其中還包含下視圖像，為空三模塊的影像加入處理以及正射影像圖的獲取和生成提供了較大的便利；而配有2個(gè)方向的傳感器鏡頭的傾斜攝影相機(jī)，其2個(gè)鏡頭呈對(duì)置方式設(shè)置，在攝影測量工作中通過前后搖擺，在一個(gè)工作流程下完成對(duì)不同角度的6張影像圖片獲取，其單個(gè)鏡頭的圖像分辨率能夠達(dá)到3600 萬像素，再加上相機(jī)本身的重量相對(duì)較輕，能夠在微型的旋翼飛機(jī)上搭載應(yīng)用，以進(jìn)行地形圖測繪和分析應(yīng)用。此外，姜麗麗等人針對(duì)2個(gè)鏡頭與5個(gè)鏡頭的傾斜攝影相機(jī)測量結(jié)果進(jìn)行測試對(duì)比，最終研究顯示在大比例尺地形圖測繪中，2 個(gè)鏡頭的傾斜攝影相機(jī)所采集的影像像素精度，更加符合其地形圖測繪的精度要求。

2 傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用要點(diǎn)分析

如圖1所示，為傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖測繪應(yīng)用的具體流程示意圖。其中，采用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖測繪應(yīng)用時(shí)，對(duì)其技術(shù)要點(diǎn)，應(yīng)注意從以下幾點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確把握。

圖1 傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖測繪的具體流程示意圖

2.1 控制測量

采用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖測繪，為確保測量數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)傾斜攝影測量中的控制點(diǎn)數(shù)量以及控制點(diǎn)設(shè)置的合理控制，在確保測量控制點(diǎn)的數(shù)量設(shè)置合理情況下，還應(yīng)在房屋頂?shù)任恢眠M(jìn)行相應(yīng)的測量控制點(diǎn)增加設(shè)置，從而對(duì)傾斜攝影測量的數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行完善和提升。對(duì)地面像控點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在具體測量中可采用衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行采集和控制，以確保其采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 傾斜攝影測量影像獲取與數(shù)據(jù)處理

采用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行航拍測量，是由各鏡頭按照所對(duì)應(yīng)曝光點(diǎn)的坐標(biāo)位置進(jìn)行自動(dòng)拍攝，從而實(shí)現(xiàn)多視角的影像拍攝和獲取。對(duì)獲取的多視角影像數(shù)據(jù)處理，需要通過虛擬影像建立，在進(jìn)行視野范圍的傾斜影像選取后，將選擇影像的像素在虛擬影像中進(jìn)行反投影，從而對(duì)攝影影像中地面突出豎直物體的重影效應(yīng)減小控制。其中，在對(duì)傾斜攝影獲取的多視角影像中突出地面的豎直物體重影效應(yīng)進(jìn)行減小控制的具體方法為：在平坦的地區(qū)對(duì)影像進(jìn)行拼接，并在拼接前對(duì)兩幅影像進(jìn)行密集匹配，同時(shí)對(duì)傾斜影像及其對(duì)應(yīng)下多視角影像進(jìn)行直線特征匹配，以實(shí)現(xiàn)突出地面的豎直物識(shí)別，根據(jù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行位置信息糾正。

2.3 空三加密

大比例尺地形圖測繪中，應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行測量時(shí)，通過對(duì)傾斜攝影的自動(dòng)空三加密應(yīng)用，在進(jìn)行有關(guān)方位信息對(duì)應(yīng)的傾斜攝影影像以及地面控制數(shù)據(jù)輸入情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)傾斜影像的同名連接點(diǎn)自動(dòng)匹配，然后通過對(duì)匹配粗差點(diǎn)的檢測與剔除，進(jìn)行自由網(wǎng)構(gòu)建以及區(qū)域網(wǎng)平差實(shí)施，對(duì)平差模型選擇經(jīng)典的多像機(jī)共線方程模型進(jìn)行平差處理，在完成自動(dòng)空三加密后，即可進(jìn)行測量分析成果輸出，其輸出成果包含三維格網(wǎng)與糾正片DSM、帶貼圖三維格網(wǎng)、三維點(diǎn)云等。

2.4 三維建模及要點(diǎn)分析

傾斜攝影測量的三維建模分析環(huán)節(jié)，可通過應(yīng)用傾斜攝影測量的自動(dòng)化批量建模軟件，在對(duì)所獲取的多視角傾斜攝影影像進(jìn)行多視匹配、幾何校正以及聯(lián)合平差、三角網(wǎng)構(gòu)建等處理基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜攝影獲取的典型地物特征提取，并在可視化處理后，完成三維傾斜模型的建立。

2.5 數(shù)據(jù)采集與處理分析

根據(jù)上述所建立的三維模型，在傾斜攝影測量的配套軟件支持下進(jìn)行三維模型加載運(yùn)行，然后從各個(gè)視角通過相互切換進(jìn)行地物觀測，以實(shí)現(xiàn)有關(guān)地物和地貌的立體要素采集。其中，對(duì)所測繪地形圖區(qū)域的地物、地貌觀測要素進(jìn)行立體采集與分析中，對(duì)地物要素采用人工采集方式進(jìn)行，即在直線或者是垂線等工具支持下，對(duì)各項(xiàng)地物要素進(jìn)行有效采集。比如，對(duì)建筑物的信息要素采集中，在進(jìn)行多視角傾斜攝影影像中的建筑物邊緣自動(dòng)識(shí)別基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)較為簡單的建筑物輪廓提取，以進(jìn)行后期編輯和使用支持；同時(shí)，在具體操作中，為確保各項(xiàng)采集與分析結(jié)果的精確度，對(duì)建筑物的側(cè)面邊線等可采用手工方式進(jìn)行信息采集，確保其采集精度均控制在0.05m以下。

對(duì)地貌要素采集是通過三維信息自動(dòng)進(jìn)行提取實(shí)現(xiàn)，比如，地貌信息中的等高線以及高程點(diǎn)等內(nèi)容要素，具體采集和提取分析過程中，通過對(duì)有關(guān)軟件的自動(dòng)提取功能利用，在實(shí)現(xiàn)三維信息的等高線與高程點(diǎn)等信息要素自動(dòng)提取后，再采用人工方式對(duì)提取要素進(jìn)行裝飾和取舍。此外，在進(jìn)行地形、地貌要素采集中，對(duì)要素遮擋情況處理時(shí)，可通過LiDAR點(diǎn)云以及攝影影像資料進(jìn)行遮擋位置的要素補(bǔ)充；同時(shí)，實(shí)際測量中，由于采用激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行地形、地貌要素采集時(shí)，它能夠?qū)崿F(xiàn)植被穿透，進(jìn)行植被覆蓋的地形要素采集和獲取，因此，在大比例尺地形圖繪制中，也能夠通過該技術(shù)應(yīng)用，補(bǔ)充信息獲取，滿足地形圖測繪的要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)研究，有利于全面了解和掌握傾斜攝影測量技術(shù)的特征優(yōu)勢，從而推動(dòng)其在大比例尺地形圖測繪實(shí)踐中的合理選擇和應(yīng)用，對(duì)持續(xù)提高地形圖測繪的技術(shù)水平具有十分積極的作用和意義。