無人機傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形測量中的應(yīng)用研究

劉海峰

（中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130000）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟的進步，大比例尺地形測量要求升級，相比傳統(tǒng)的工程測繪，這種大比例尺空間測量技術(shù)實施難度高，存在準確率低的棘手問題，并且繪圖周期長，測量的成本高?；诖耍瑸楦淖儸F(xiàn)狀，需積極革新測量技術(shù)，應(yīng)用無人機傾斜測量，確保大比例尺地形圖測繪效果良好，為測繪行業(yè)的發(fā)展保駕護航。

2 無人機傾斜攝影測量綜述

無人機傾斜攝影測量原理是：在無人機飛行平臺上搭載不同角度的傳感器（通常包括1個垂直攝影相機和4個傾斜的射影相機）從多角度、多維度進行高效、快速、可靠的數(shù)據(jù)采集工作，其采集的多角度地面數(shù)據(jù)，可以建立數(shù)字正射影像（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）等數(shù)字地理信息產(chǎn)品，使數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)更加直觀化、具體化。隨著科技的進步，當前的無人機測量技術(shù)，還會額外追加無鏡頭攝影程序，在應(yīng)用程序中植入IMU系統(tǒng)、定位系統(tǒng)，借助多系統(tǒng)的配合，提高地形測繪的能力[1]。圖1為無人機傾斜攝影測量示意圖。

圖1 無人機傾斜攝影測量

3 無人機傾斜攝影測量的支撐技術(shù)

3.1 合理構(gòu)建三維模型

在利用無人機完成高難度測量區(qū)域的測量工作后，需及時處理攝影獲取的素材，將相關(guān)結(jié)果系統(tǒng)導入軟件，通過理想化方式創(chuàng)建立體模型，確保地形測量的有效性。通過研究發(fā)現(xiàn)，無人機傾斜攝影測量較特殊，不同于其他攝影信息狀況形成過程，一般情況下，要先將攝影信息處理，利用系統(tǒng)加工后的信息構(gòu)建科學的模型。除此之外，對傾斜攝影而言，想要取得一定的成果，還需精準掌握多視影像聯(lián)合平差。研究發(fā)現(xiàn)，多視影像聯(lián)合平差屬于無人機測繪的關(guān)鍵技術(shù)，不容忽視。

3.2 密集匹配多視影像

大比例地形圖測量中，測量效果的精準實現(xiàn)難度較高，在此過程中需應(yīng)用無人機傾斜攝影，借此優(yōu)化測量結(jié)果。相比于垂直攝影技術(shù)，這種無人機傾斜攝影具有理想的運動效率，同時成像分辨率條件良好，即使地形變動太大，也不會出現(xiàn)影像不清楚等測量技術(shù)問題[2]。現(xiàn)實操作中，若操作者僅運用常規(guī)技術(shù)，會難以獲得模型構(gòu)建同名像點?；诖耍瑸榘l(fā)揮出無人機傾斜攝影的優(yōu)勢，需結(jié)合不同測量地貌，制訂合理的測量方案。隨著科技的進步，無人機傾斜攝影技術(shù)革新成果顯著，不但能捕捉到高密度的地形數(shù)據(jù)，還可為后續(xù)模型的順利建立夯實基礎(chǔ)。

4 無人機傾斜攝影測量的實現(xiàn)過程

4.1 測量準備工作

為達到理想測量效果，在應(yīng)用無人機輔助測量之前，需對測量指標進行預(yù)先調(diào)試，以保障測量數(shù)據(jù)可靠以及精確。完成上述步驟后，才能進行建模，捕捉動態(tài)、清晰的畫面?；诖耍胍嵘郎y量質(zhì)量，發(fā)揮無人機傾斜攝影測量的優(yōu)勢，需做好以下兩點工作：第一，要設(shè)法提高管控點測量精準度；第二，結(jié)合實際測量需求，增添恰當?shù)臄?shù)量控制點，保障理想測量成果?，F(xiàn)實工作中，如果需對房屋密集區(qū)開展傾斜攝影測量，需將控制點落實到位[3]。結(jié)合以往經(jīng)驗，每隔150 m需設(shè)置基本的控制點，如果房屋相對稀疏，要每隔300 m設(shè)置控制點，借助這樣的方式，為后續(xù)的測量提供保障。圖2為無人機傾斜攝影測量的實現(xiàn)流程圖。

圖2 無人機傾斜攝影測量的實現(xiàn)過程

4.2 處理攝影影像

攝影影像是重要資源，想要完成后續(xù)的建模，就要對影像資料進行處理。研究發(fā)現(xiàn)，無人機傾斜攝影階段，常會匹配一些傳感器鏡頭，在鏡頭的相互作用下，完成成像過程。目前，五鏡頭應(yīng)用較多，在其使用階段，可完成多個區(qū)域的測量，同時進行5個角度攝影，通過這樣的方式，確保成像最終質(zhì)量。經(jīng)實踐表明，在實際攝影測量階段，為強化地形測量效果，鏡頭需相互配合使用，確保畫面的清晰?；诓煌墓庹涨闆r，積極調(diào)整攝影測量方式，對目標地圖像采集，借助合理的方式，選擇適當?shù)钠毓恻c，達成多維度攝影目標。通常情況下，在運用多視角攝影后，需先完成圖像處理，這是基礎(chǔ)性保障，不容忽視。要結(jié)合圖像處理結(jié)果，完成高規(guī)格的虛擬影像構(gòu)建。實踐環(huán)節(jié)中，為達到傾斜攝影測量的理想效果，需在視野范疇內(nèi)選擇影像資料，之后加工影像。在加工過程中，最重要的一步是將凸起重影剪切。除了上述操作外，在預(yù)處理數(shù)據(jù)時，需要明確影像的健全度等參數(shù)，與此同時查看清楚度、范圍等，完成特殊數(shù)據(jù)的編輯。數(shù)據(jù)應(yīng)用處理中，要盡可能規(guī)避掉光線因素，確保模型的清晰度，這樣才能提高模型構(gòu)建的精準性。

4.3 實施加密處理

結(jié)合以往經(jīng)驗可知，應(yīng)用無人機實施傾斜攝影測量任務(wù)階段，為保證質(zhì)量，會應(yīng)用到空三加密系統(tǒng)，這是一種智能化的系統(tǒng)?？杖用芟到y(tǒng)的應(yīng)用，可分為以下幾類：首先，將位置信息（測量區(qū)域的）和地面控制信息共同匯總，確保工作效率和質(zhì)量。其次，系統(tǒng)應(yīng)用階段，會智能剖析錄入信息，借助核心的智能模塊，智能化地把傾斜攝影階段生成的主要連接點分配，為后續(xù)工作提供方便。最后，將連接點的權(quán)限合理化明確，在技術(shù)保障下進行檢查與核對。在整個實踐過程中，完成偏差的連接點排除，在合理保障下，達到平差效果的最優(yōu)化，借助最佳的途徑，提高測量的精準度。

4.4 建立攝影三維模型

完成上述工作后，便可實施模型的建立，在建立立體模型時，需綜合考量多項因素，確保較高的建模質(zhì)量。首先，注意無人機飛行狀態(tài)，把無人機拍錄的圖像完整匯總，同時處理測量的相關(guān)數(shù)據(jù)，將處理后的重要信息傳輸?shù)阶詣咏＼浖?。至此，便可依托先進技術(shù)自動對數(shù)據(jù)進行建模。需要強調(diào)的是在測量建模過程中，相關(guān)操作者需完成多種影像校對，同時做好平差處理，利用好三角網(wǎng)工作高質(zhì)量完成對圖像中的特點處理，合理強化多視角影像的處理能力，提高其可視化水平，借此成功搭建三維模型，為大比例尺地形測量夯實基礎(chǔ)。

4.5 測繪大比例尺地形圖

以某1∶1 000地形圖測繪項目為例，進行航空攝影、數(shù)據(jù)處理、空三處理、三維建模后，利用生成的DOM、DSM等數(shù)據(jù)進行地形圖生產(chǎn)。基于清華三維EPS平臺三維測圖模塊，加載ODGB傾斜模型和正射影像DOM，采用二維三維一體化測圖模式采集高程點數(shù)據(jù)。基于南方CASS平臺，加載正射影像圖，進行地物采集，然后導入高程數(shù)據(jù)，繪制等高線，完成地形圖的繪制。

地形圖繪制完成后，野外實測平面地物檢查點75個，高程檢查點274個。將儀器實測成果與正射模型采集成果以及傾斜模型采集成果進行比較，結(jié)果見表1精度統(tǒng)計表。

表1 精度統(tǒng)計表

地形圖比例尺為1∶1 000，等高距1 m，對應(yīng)的規(guī)范要求如下。

平面精度要求：一般地區(qū)地物點中誤差小于±0.8 m。

高程精度要求：一般地區(qū)丘陵地高程中誤差小于±0.5 m（H/2，H為基本等高距）。

由表1中統(tǒng)計結(jié)果可知，正射模型和傾斜模型采集數(shù)據(jù)的平面精度和高程精度滿足大比例尺測圖規(guī)范要求，同時傾斜模型精度要比正射模型精度高。

5 傾斜攝影技術(shù)的注意事項

在現(xiàn)實應(yīng)用中，傾斜攝影技術(shù)的注意事項多，可以概括為以下幾點：

首先，是大比例尺地形圖測量實施階段，需綜合考慮多項因素，特別是要設(shè)法規(guī)避掉建筑物自遮擋問題，確保測量數(shù)據(jù)的準確性。結(jié)合現(xiàn)實經(jīng)驗可知，在橋梁的路線地形圖校準時，會經(jīng)常遇到植物遮擋的情況，為了不影響測量數(shù)值，需借助多維度攝影技術(shù)，同時匹配反復飛行攝錄方法，合理減少植物遮擋現(xiàn)象發(fā)生，為后續(xù)測量提供保障。

其次，是無人機傾斜攝影技術(shù)在國內(nèi)還不成熟，技術(shù)需要進一步研發(fā)，在光線不充足的情況下效率會下降，測量作業(yè)受到限制較多?；诖?，大比例地形圖測量階段，需盡可能選擇白天或光線較好的自然條件完成傾斜攝影，確保傾斜攝影測量的成果。

最后，是無人機在飛行階段，因為受力不均，所以飛機機身搖擺不定，會產(chǎn)生過度的抖動問題。一旦出現(xiàn)此種情況，會誘發(fā)像素位置移動，從而導致圖像不清晰?；诖?，測量大比例尺地形圖應(yīng)用到無人機傾斜測量時，需設(shè)定好無人機的像素，科學處理圖像不清晰問題，提高無人機航拍測量的優(yōu)越性。另外，在攝錄區(qū)域圖像時，要注重對建筑物信息的采集，尤其是建筑物側(cè)面信息。人員駕駛無人機時，需嚴格按照技術(shù)流程，規(guī)避掉操作不當?shù)膯栴}，提高測量的專業(yè)性。在操作前，需對人員開展培訓，確保其無人機操作技藝純熟。工作實踐中，只有掌握正確方法，才能發(fā)揮無人機傾斜攝影測量最大化優(yōu)勢，確保地形測繪的順利實施。

6 結(jié)語

綜上所述，在社會經(jīng)濟牽引下，大比例尺地形測量活動增多，技術(shù)標準越來越高。為了在短時間完成大比例尺地形測量，同時保障測量數(shù)據(jù)精確，可在原有測量技術(shù)模塊中，增加無人機傾斜攝影，借助該技術(shù)，提高大比例尺地形測量的有效性。目前，城市地形測量行業(yè)正向著數(shù)字化邁進，無人機傾斜攝影技術(shù)融合其中，可推動傳統(tǒng)測量技術(shù)升級。這種傾斜攝影測量精度高，與此同時應(yīng)用范圍廣，適用性強，具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢。在今后的應(yīng)用中，需持續(xù)優(yōu)化無人機傾斜攝影技術(shù)，加大該技術(shù)研究力度，將其全面應(yīng)用到大比例尺地形圖測量中，借此推進測量行業(yè)的健康發(fā)展，為后續(xù)工作夯實基礎(chǔ)。