無人機傾斜攝影測繪技術在大比例尺地形圖中的應用分析

蔣冬柏

【摘要】在科技進步的背景之下，無人機傾斜攝影測繪技術在大比例尺地形圖中的應用越來越普遍，應用效果也越來越受到行業(yè)內(nèi)的關注。本文將具體介紹無人機傾斜攝影測繪技術在大比例尺地形圖中的應用優(yōu)勢及方法，從而為進一步提高三維環(huán)境下的數(shù)據(jù)分析準確性打下基礎，進而使其能夠為實際生產(chǎn)提供更加精確的參考，促進測繪行業(yè)的整體發(fā)展。

【關鍵詞】無人機傾斜攝影技術;大比例尺地形圖;應用分析? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.081

本文主要對廣西柳州某區(qū)域進行了大比例尺地形圖繪測，并對此過程中所運用的無人機傾斜攝影技術加以應用分析。在本次測繪工作中，采用大疆系列四旋翼無人機，無人機所搭載的是索尼系列微單相機，每架兩臺，并將其傾斜安裝，角度為45°（與垂直線所形成的夾角）。本次航線設計的具體數(shù)據(jù)如下：高度100m，航向重疊度80%，旁向重疊度75%，共有20條航線，獲取640張有效圖像。此外，也必須布置多個像控點，并保證其平面誤差在0.32m-0.33m的范圍之間。

1、無人機傾斜攝影測繪技術在大比例尺地形圖中的應用優(yōu)勢

1.1技術優(yōu)勢

與傳統(tǒng)技術相比，無人機傾斜攝影技術具有兩方面的技術優(yōu)勢，具體如下：第一，多視影像聯(lián)合平差技術。其是無人機傾斜攝影技術的核心。其將攝影分為兩大類，分別為：傾斜攝影攝像和垂直攝影攝像。直接定向傾斜攝影、無約束的區(qū)域網(wǎng)平差、有約束的區(qū)域網(wǎng)平差。第二，多視攝影的密集匹配。該技術能夠有效解決由于地形因素、分辨率等原因，造成的影像模糊，甚至干擾問題。也彌補了無人機傾斜攝影技術的一大技術漏洞，從而優(yōu)化密集匹配效果，進而提高三維建模的精確度。

1.2應用優(yōu)勢

第一，變革了傳統(tǒng)攝影方式，以無人機的微小體型，高效率地完成圖像資料的收集工作。第二，由于具有DOM、DLG、TDOM等多元模式數(shù)據(jù)結(jié)果，因此，影像數(shù)據(jù)的儲存和傳輸過程中的表達方式十分多樣。第三，以傾斜的角度，豐富了傳統(tǒng)垂直角度，從而提供更加詳盡起伏態(tài)勢、高度差、坐標位置等信息。

2、無人機傾斜攝影測繪技術在大比例尺地形圖中的應用實例

本次實驗選擇面積約6平方公里的廣西柳州市某區(qū)域，采用固定無人機，航空拍攝的飛行平臺則選擇具有高精確度的測繪無人機。并且，要保證影像要具有多個傾斜和垂直的角度，能夠高效對地理位置進行確定。除此之外，要盡可能調(diào)高航拍分辨率，并以此為基礎制定三維大比例的繪測方案。最后，還要做好檢查工作，要對地形圖的比例尺的數(shù)值及其平面和高程加以核驗，確保其合理性和數(shù)據(jù)的精確性。

本次試驗所實現(xiàn)的實景三維，是一種具有可視化、形象化的圖像，能夠以三維立體的形式，展現(xiàn)地理環(huán)境的實景。在實際運用過程中，其具有高精確度、可測量性和高效率的優(yōu)勢。實景三維的獲得是受無人機傾斜攝影技術的支撐，而本次試驗所研究的，就是在這種條件之下進行大比例尺地形圖測繪可以發(fā)現(xiàn)是否具有可行性及其效率如何的問題。

3、傾斜攝影技術流程

首先，要進行數(shù)據(jù)收集。聯(lián)合區(qū)域內(nèi)市縣級自然資源相關部門，運用信息化手段，進行文獻搜索和實地信息搜集，并據(jù)此制定具體設計方案，并對高程參數(shù)、地理坐標體系等進行核實，對無人機的機型、分辨率、影像格式加以選擇和調(diào)節(jié)。第二，確定測繪方案。在測繪范圍設置布控點，并通過無人機局部垂直、傾斜攝影結(jié)果，判斷精度影響，并據(jù)此對方案加以修改。第三，實地測繪和信息輸入。將每60min作為一個繪測單位，在對變量加以控制的基礎上，進行信息采集。接著通過三維實景建模、CAD等軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入。第四，三維成像。將計算機導入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點，進而成圖，并加以輸入渲染。三維成像如產(chǎn)生巨大誤差，則要再次測繪。第五，成果審核。質(zhì)檢部門應對圖像的測量精度、屬性精度、整體質(zhì)量加以檢驗。

4、基于無人機傾斜攝影儀技術測繪地形圖的三角測量方法

其中其所搜集的影像又可分為正片和斜片，正片是指通過垂直角度拍攝獲得的影像，而斜片是指通過傾斜角度拍攝獲得的影像。在實際應用中，其已經(jīng)成為了許多工程首要考慮的方法之一。為滿足無人機傾斜攝影技術繪制地形圖過程中，所使用的三角測量法的要求，使用了區(qū)域五點布設法，具體來說就是，先設置一個位于中心區(qū)域的中心點，再以其為核心，于周邊設置四個點。而航攝結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理，則主要過空三加密法來進行，在精度的要求上，圖像模型一般要達到1.82pix，并且，像控點的平度平面誤差要介于0.032m～0. 033m之間。除此之外，也要檢測并控制周邊四個監(jiān)測點的精度，使其符合相關要求。只有這樣，才能最終實現(xiàn)試驗整體精度的提高。

為使測繪結(jié)果更加精確，就必須考慮到進行攝影預約實際地理環(huán)境之間存在的誤差，影像變形和遮擋問題。在此次試驗中，一般采用多視影像聯(lián)合平差的攝像方法。而為能使本次實驗所提供的影像具有多元性，增加影像的方位元素，研究人員選擇對Smart3DCapture軟件與 POS系統(tǒng)的聯(lián)合運用。此外，金字塔策略的運用也是本次實驗的一大特色，其基本邏輯就是由粗到精，同時能夠自動地對各級影像的同名點加以迅速匹配，從而大大提高匹配效率及準確度。在構建誤差方程方面，其是通過對坐標控制點及連接點平差的計算與分析而得出的，對平差方程進行聯(lián)合計算，則可以得出有關平差結(jié)果精度的結(jié)論，從而為后續(xù)工作提供更多的數(shù)據(jù)保障。攝影的精確度是必須得以保證的，其將決定后續(xù)一切工作的質(zhì)量。因此，如果航拍影像中存在誤差，像素超過0.55個，為了避免后續(xù)一系列數(shù)據(jù)問題的產(chǎn)生，行攝組必須進行重飛、重拍。

5、無人機傾斜攝影測繪技術在大比例尺地形圖中的應用

5.1應用流程

在進行大比例尺地形圖的繪制過程中，首先要將實景三維模型導入至EPS清華山維軟件中，并據(jù)此對各要素進行嚴密分析。如此一來，更加密切的影像關系，就通過一個涵蓋多個視角的三維模型中形成了。而通過這種方法所構建出的影像關系，較之傳統(tǒng)技術，具有更強的精確性、嚴格性，并且能夠有效地使影像視角更加多元，在重建的過程中，對原有缺陷還可以做進一步補足，當然，在分辨率的提升和防止遮擋問題上，也具有一定作用。接著，要注意在數(shù)字化成圖工作中，運用EPS清華山維軟件，而對于測繪人員來說，可以不必佩戴立體眼鏡，從而使得相關人員在工作中的反應度更加靈敏，也能大大提高其對多種因素的兼顧性和控制力，同時，圖形管理方案的智能化，也將最終促進工作效率和質(zhì)量的提高。并且，由于這種圖形管理模式擁有更加全面的功能，使得圖形編輯各種要求的實現(xiàn)成為可能，甚至其實際應用效果可以與CAD，這種優(yōu)質(zhì)的圖形編輯系統(tǒng)相媲美，在試驗中，具有使結(jié)果更具可信性的作用。成果直接對接不動產(chǎn)、常規(guī)測繪、管網(wǎng)測量、智慧城市等專業(yè)應用解決方案。

5.2精度控制與測試

本次試驗所選擇的地點，平原面積占據(jù)最大比例，為航拍的全面作業(yè)提供了平臺。在大比例尺地形圖中（1：1000），各項數(shù)據(jù)的精度分別為：等高距1米，高程注記0.1米，平面誤差小于0.3米，高程誤差小于0.4米。在數(shù)據(jù)精度方面，精確度和試驗結(jié)果的準確性呈正向相關關系，也與最終工作進度呈正相關關系，因此，必須通過各種手段提高數(shù)據(jù)精確性。為了適應本次試驗選地的面積，在進行散點采集時，可以設置至少290個均勻分布的散點，并且在散點的選擇上，要滿足投影差較小或不存在投影的區(qū)域。最終，在本次測試中的，室外散點的平面誤差為0.22米，高程誤差為0.31米，是符合相關要求的。

5.3注意事項

第一，在面對一些非平原地區(qū)時，建筑遮擋以及自遮擋問題十分常見。為避免由于遮擋問題造成的結(jié)果不準，在對一些地形復雜的區(qū)域進行拍攝時，就必須通過對無人機的操控，實行多角度、多方位甚至多次的拍攝，從而更加精準地反映地貌。第二，即使當前我國無人機技術已經(jīng)發(fā)展到較高水平，本次試驗運用的大疆無人機也十分成熟，然而，光線和天氣環(huán)境仍會對其飛行狀態(tài)。因此，工作人員必須充分考慮這些因素，選擇合適的時機，于風力小、進行拍攝。第三，大風天氣對于無人機攝像工作具有很大的干擾。為了解決較大風力造成的攝影抖動問題，工作人員可以在進行無人機傾斜攝影測量工作時，將像素調(diào)至1/4像素以下，從而盡可能提高圖像的清晰度。

結(jié)語：

無人機傾斜攝影測繪技術是在無人機和傾斜攝影兩大技術的支撐下，發(fā)展起來的新型技術，其在一臺飛行平臺的基礎上，能夠搭載多臺傳感器，從而搜集到來自不同角度的影像內(nèi)容，因而其所獲得的有關地面的相關信息也更為完善。因此，相關工作者與研究人員必須在實踐中探索應用價值和創(chuàng)新可能，從而促進測繪行業(yè)的整體發(fā)展。

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