基于無人機(jī)傾斜攝影的應(yīng)急測(cè)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楚立剛 王東興

山東明嘉勘察測(cè)繪有限公司 山東淄博 255000

如何有效的監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害是當(dāng)前亟待解決的問題。傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)無法有效的實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，應(yīng)用效率不高。隨著無人機(jī)技術(shù)以及動(dòng)態(tài)定位技術(shù)等的快速發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)以靈活機(jī)動(dòng)的特征，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲取災(zāi)害區(qū)域的三維實(shí)景模型，為進(jìn)一步的災(zāi)情評(píng)估和重建等提供可靠的地理信息依據(jù)?；诖耍疚囊阅车貐^(qū)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪為例，講述無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用效果。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)概述

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的觀測(cè)地物位置、外觀等諸多屬性的高新技術(shù)，其在應(yīng)急測(cè)繪保障服務(wù)中的應(yīng)用，能夠?yàn)橥话l(fā)事件提供更為及時(shí)、準(zhǔn)確、全方位的地理空間信息。當(dāng)災(zāi)情一旦發(fā)生，應(yīng)急測(cè)繪需要保證獲取多源數(shù)據(jù)，通過處理數(shù)據(jù)，提取有效災(zāi)情信息，制作災(zāi)區(qū)專題圖等，而無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，是應(yīng)急測(cè)繪保障工作順利開展的最便捷手段。在應(yīng)急測(cè)繪保障工作中，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用能夠獲取到災(zāi)區(qū)的高清影像資料。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在應(yīng)急測(cè)繪保障中的應(yīng)用，恰好彌補(bǔ)了正射航測(cè)系統(tǒng)的短板，突破了二維局限性，通過搭載多角度相機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)災(zāi)區(qū)地物的垂直、傾斜等多角度拍攝，從而獲取更為全面的多方位地物信息表達(dá)的數(shù)據(jù)，為應(yīng)急測(cè)繪保障工作的順利開展提供了技術(shù)支持。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是國際測(cè)繪遙感領(lǐng)域的一項(xiàng)高新技術(shù)，能夠?qū)y(cè)量對(duì)象進(jìn)行多影像實(shí)時(shí)攝影測(cè)量，實(shí)現(xiàn)眾多數(shù)據(jù)測(cè)量成果。

2 基于實(shí)景三維模型的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪技術(shù)

實(shí)景三維模型是以無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量過程中拍攝的航空影像資料為基礎(chǔ)制作的三維模型，具有精度高、逼真的特點(diǎn)。因此常被作為應(yīng)急救災(zāi)時(shí)的電子沙盤，為較精確評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害受災(zāi)范圍提供可靠的基礎(chǔ)資料此外，在應(yīng)急管理中也具有重要的參考意義，如確定安全點(diǎn)等。因此，將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1 影像獲取

①航線規(guī)劃。航線規(guī)劃是影像獲取的前提，要充分考慮無人機(jī)續(xù)航能力和攝影云臺(tái)的性能，設(shè)置合適的飛行高度和影像重疊度，獲取滿足傾斜攝影測(cè)量要求的影像信息。例如本次任務(wù)中目標(biāo)區(qū)域航攝，設(shè)置航高150m，航向重疊度70%，旁向重疊度70%，共生成飛行航線9條，分3個(gè)架次完成航攝任務(wù)。②航攝飛行。無人機(jī)采用程控的模式進(jìn)入航線實(shí)施航攝，拍照模式為定點(diǎn)曝光，一個(gè)飛行架次飛行時(shí)間為25min左右，需時(shí)刻監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行狀態(tài)，安全完成目標(biāo)區(qū)域影像采集。

3.2 數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理分兩階段，在前期黃金24小時(shí)階段，綜合運(yùn)用正面攝影測(cè)量技術(shù)與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，采取無人機(jī)正面攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)大范圍影像整合，結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)重點(diǎn)災(zāi)區(qū)進(jìn)行精細(xì)化三維模型的構(gòu)建，從而將災(zāi)區(qū)整體信息與重點(diǎn)局部詳細(xì)信息迅速獲取并掌握；在后期評(píng)估階段，構(gòu)建點(diǎn)云級(jí)融合三維模型，對(duì)重點(diǎn)災(zāi)區(qū)進(jìn)行精細(xì)化三維模型構(gòu)建，對(duì)大范圍災(zāi)區(qū)則無須高精度構(gòu)建三維模型，同時(shí)，根據(jù)應(yīng)急測(cè)繪保障需求結(jié)合DSM、DLG以及已有地理數(shù)據(jù)等成果進(jìn)行分析，并對(duì)關(guān)鍵地物進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，從而制作出應(yīng)急專題圖以及實(shí)景三維場(chǎng)景。

3.3 控制點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量

①控制點(diǎn)布設(shè)。六旋翼無人機(jī)采用GPS定位模式，POS數(shù)據(jù)定位精度無法滿足空中三角測(cè)量要求，需要人工布設(shè)地面控制點(diǎn)，提高三維模型量算精度。一般在500×500m的航攝區(qū)域內(nèi)布設(shè)5個(gè)控制點(diǎn)即可，具體方法是在4個(gè)角隅和中心點(diǎn)各布一個(gè)，控制點(diǎn)數(shù)量越多模型精度越高?？刂泣c(diǎn)選取在地面易識(shí)別的區(qū)域，最好是多個(gè)傳感器影像的同名點(diǎn)，并把控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各傳感器影像匯總在相應(yīng)文件夾內(nèi)。②控制點(diǎn)測(cè)量。控制點(diǎn)成果可由衛(wèi)星影像讀取、手持GPS測(cè)量、RTK測(cè)量、傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量等多種手段獲取。衛(wèi)星影像讀取和手持GPS測(cè)量效率高但精度低，傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量精度高但受作戰(zhàn)環(huán)境影響大，在演習(xí)期間為了快速獲取精度可靠的控制點(diǎn)信息，采用了RTK測(cè)量技術(shù)。

3.4 實(shí)景三維建模

由于地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪具有時(shí)間緊、任務(wù)重的特點(diǎn)，因此必須在較短的時(shí)間內(nèi)獲得精度可靠的實(shí)景三維模型，這就使得人工建模無法保障時(shí)間要求，必須采用自動(dòng)化的建模技術(shù)。本次采用Smart 3D Capture作為自動(dòng)建模的軟件平臺(tái)進(jìn)行測(cè)繪區(qū)域的實(shí)景建模任務(wù)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得逼真的實(shí)景三維模型。由于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能夠獲得測(cè)繪區(qū)域多角度、多方位的影像數(shù)據(jù)，因此自動(dòng)生成的三維模型精度也較高，能夠滿足地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪相應(yīng)精度要求。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在今后地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪中具有響應(yīng)快、成圖快、精度高的優(yōu)勢(shì)，能夠更加直觀的反映災(zāi)區(qū)基本現(xiàn)狀。由于機(jī)載數(shù)據(jù)鏈重量大、傾斜攝影數(shù)據(jù)量大等問題，只有中大型無人機(jī)才能夠完成應(yīng)急測(cè)繪任務(wù)；由于受到數(shù)據(jù)鏈傳輸能力限制，在傾斜攝影數(shù)據(jù)處理過程當(dāng)中需配合少量人工干預(yù)，還無法做到全自動(dòng)處理。這些不足將在以后的研究中繼續(xù)完善。