無人機傾斜攝影技術在測繪工程中的實施與應用

林偉清

摘要： 近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，土地資源的需求量越來越大。傳統(tǒng)測量手段無法滿足需求，因此需要尋找新的方法進行測量。利用無人機傾斜攝影技術，通過無人機拍攝傾斜照片獲取影像點云數(shù)據(jù)，并通過圖像處理軟件進行數(shù)據(jù)提取、分類及導入，完成地形圖繪制任務。首先，介紹了無人機的基本原理以及其在測繪領域的應用現(xiàn)狀。其次，詳細闡述了無人機拍攝傾斜照片的基礎知識，包括飛行器的運動軌跡、相機的安裝位置、相機的參數(shù)設置等方面。再次，介紹了無人機拍攝傾斜照片后所產(chǎn)生的影像點云數(shù)據(jù)及其特點。最后以某小區(qū)為例進行了實地試驗并分析了結果。主要成果包括：（1）提出了一種基于無人機拍攝傾斜照片獲取影像點云數(shù)據(jù)的方法，具有成本低廉、效率高的特點；（2）根據(jù)不同類型的影像點云數(shù)據(jù)建立了相應的算法模型，實現(xiàn)了影像點云數(shù)據(jù)的提取、分類及導入等工作；（3）成功地將影像點云數(shù)據(jù)用于制備地形圖，并且得到了較好的效果。

關鍵詞： 無人機傾斜攝影 影像點云數(shù)據(jù) 測繪工程 地形圖繪制 圖像處理軟件

中圖分類號： P231 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0136-03

無人機傾斜攝影指通過攜帶有攝像頭的無人機，通過多角度對不同目標進行測量的操作。相較于最初的垂直攝影，傾斜攝影可以將測量物體與地區(qū)的高差展示出來，使所拍攝的影像更加真切、直觀。因此，研究無人機攝影在測繪工程中的應用具有重要的意義。

1 傾斜攝影原理及特點

1.1 傾斜攝影原理

傾斜攝影是指在一定距離內(nèi)，利用傾斜角度相機對地面進行連續(xù)拍攝的一種攝影技術。相較于傳統(tǒng)的垂直攝影，傾斜攝影可以在更短的時間內(nèi)獲取到更多地面信息，具有以下特點。

首先，傾斜攝影可以得到更廣闊的覆蓋范圍。相機傾斜角度的增加可以擴大攝影的視場，從而在同一時間內(nèi)能夠獲取更多的地面信息。這使得傾斜攝影適用于大范圍地物的拍攝，如城市區(qū)域、建筑物等［1］。

其次，傾斜攝影具有更高的分辨率。相機的傾斜角度越大，同一地物在不同角度下的影像像素數(shù)目越多，可以提高地物的分辨率。這對于要求較高地物細節(jié)的測繪工作非常重要，如建筑物立面的測量等。

最后，傾斜攝影能夠獲取三維信息。傾斜攝影可以通過拍攝角度的變化進行多視圖幾何推求，從而得到地物的三維坐標［2］。這為三維建模、地形分析和量測提供了數(shù)據(jù)基礎。

總之，傾斜攝影原理的特點是通過傾斜角度相機對地面進行連續(xù)拍攝，可以獲得更廣闊的覆蓋范圍、更高的分辨率和三維信息。該原理在測繪工程中具有重要的應用價值，并且有著廣闊的發(fā)展前景［3］。

1.2 傾斜攝影測量技術特點

傾斜攝影測量技術是一種通過無人機傾斜照片獲取影像點云數(shù)據(jù)的測量方法。相比于傳統(tǒng)的測量手段，傾斜攝影測量技術具有以下特點。

1.2.1 高精度

傾斜攝影測量技術通過無人機拍攝傾斜照片獲取的影像點云數(shù)據(jù)具有較高的精度。由于無人機可以在空中進行高精度的飛行軌跡控制，采集的照片具有較高的空間分辨率，可以獲取到細節(jié)豐富的地物信息。同時，影像點云數(shù)據(jù)的提取和處理方法也越來越成熟，可以通過精確的算法模型進行數(shù)據(jù)的提取、分類以及導入等工作，從而提高測量結果的精度。

1.2.2 寬覆蓋范圍

傾斜攝影測量技術具有較寬的覆蓋范圍。無人機可以自由飛行，并通過傾斜的相機進行照片拍攝，可以獲取到地面上的大片區(qū)域的影像點云數(shù)據(jù)。相比于傳統(tǒng)測量手段需要進行人工測量的方式，傾斜攝影測量技術可以快速、高效地獲取大量的測量數(shù)據(jù)，從而提高測繪工程的進度和效率。

1.2.3 綜合性能優(yōu)勢

傾斜攝影測量技術在數(shù)據(jù)獲取、處理和分析等方面具有綜合性能優(yōu)勢。無人機傾斜攝影系統(tǒng)可以實現(xiàn)全自動地飛行和拍攝，大大減少了人力資源的消耗。

總之，傾斜攝影測量技術是一種重要的測量方法，具有高精度、寬覆蓋范圍和綜合性能優(yōu)勢等特點。在測繪工程中的應用具有廣闊前景，并在實踐中取得了良好的成果。隨著技術的不斷進步和發(fā)展，無人機傾斜攝影測量技術將為測繪工程提供更加可靠和高效的解決方案［4］。

1.3 傾斜相機的性能要求

傾斜相機是無人機傾斜攝影技術中的關鍵裝備之一，其性能對于測繪工程的實施和應用具有重要影響。傾斜相機的性能有以下幾點要求。

1.3.1 光學性能要求

傾斜相機的光學性能是指其光學系統(tǒng)的性能指標，包括分辨率、畸變、光學中心偏差等。分辨率是評估相機成像能力的重要指標，其決定了相機能夠捕捉的細節(jié)信息，對于地物的識別和解譯具有重要意義［5］?；兪枪鈱W系統(tǒng)中無法避免的問題，對于傾斜攝影來說，畸變的認識和校正對于恢復真實的地物形態(tài)非常重要。

1.3.2 慣性導航性能要求

傾斜相機的慣性導航系統(tǒng)是保證相機穩(wěn)定性和定位能力的關鍵。慣性導航系統(tǒng)主要由加速度計和陀螺儀構成，通過測量加速度和角速度來估計相機的運動狀態(tài)。慣性導航系統(tǒng)的性能對于相機姿態(tài)的精確定位和影像數(shù)據(jù)的幾何精度有著重要影響。在傾斜攝影測量中，相機需要具備較高的姿態(tài)穩(wěn)定性和快速的定位能力，以確保影像數(shù)據(jù)的幾何精度滿足測繪需求。

1.3.3 數(shù)據(jù)存儲與傳輸性能要求

傾斜相機在拍攝過程中會產(chǎn)生大量的影像數(shù)據(jù)，并且需要將這些數(shù)據(jù)及時傳輸和存儲。因此，傾斜相機需要具備較大的存儲容量和高速的數(shù)據(jù)傳輸接口，以滿足對影像數(shù)據(jù)的實時獲取和處理需求［6］。

綜上所述，傾斜相機的性能要求包括光學性能、慣性導航性能、數(shù)據(jù)存儲與傳輸性能以及動態(tài)適應能力。這些性能要求決定了傾斜相機在無人機傾斜攝影測量中的應用范圍和成果質(zhì)量，對于有效實施傾斜攝影測量技術具有重要意義。

2 無人機傾斜攝影測量技術的關鍵

無人機傾斜攝影測量技術是通過安裝傾斜相機在無人機上進行航拍，利用傾斜相機特有的傾斜角度和大視場角，獲取高分辨率的傾斜照片，并通過后期處理將照片轉化為影像點云數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)地形圖的繪制和測量任務的完成。該技術的關鍵包括相機的安裝位置、相機參數(shù)的設置以及后期影像點云數(shù)據(jù)處理。

相機的安裝位置對無人機傾斜攝影測量技術起著至關重要的作用。根據(jù)實際需要，可以將傾斜相機安裝在無人機的底部或者側面。底部安裝可以覆蓋更廣闊的地面區(qū)域，而側面安裝則可以更準確地獲取建筑物等垂直結構物的影像。

后期影像點云數(shù)據(jù)處理也是無人機傾斜攝影測量技術的關鍵環(huán)節(jié)。后期處理包括數(shù)據(jù)提取、分類和導入等工作。數(shù)據(jù)提取是將傾斜影像中的地物特征提取出來，形成影像點云數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分類是將影像點云數(shù)據(jù)按照不同地物類型進行分類，如建筑物、道路、植被等。

3 無人機傾斜攝影的應用范圍

無人機傾斜攝影技術在測繪工程中具有廣泛的應用范圍。以下是一些常見的應用領域。

3.1 地形測量與地圖制作

無人機傾斜攝影技術可以通過拍攝傾斜照片獲取影像點云數(shù)據(jù)，并通過圖像處理軟件進行數(shù)據(jù)提取、分類及導入，從而實現(xiàn)地形測量與地圖制作的任務。

3.2 建筑物三維模型重建

無人機傾斜攝影技術可以通過拍攝傾斜照片獲取建筑物的影像點云數(shù)據(jù)，并結合圖像處理軟件進行數(shù)據(jù)的提取和建模。傾斜攝影技術能夠快速獲取建筑物的三維信息，同時能夠?qū)ㄖ镞M行立面紋理的重建，從而可以為城市規(guī)劃和建筑設計提供準確的數(shù)據(jù)基礎。

3.3 礦山與采礦區(qū)監(jiān)測

無人機傾斜攝影技術在礦山和采礦區(qū)的監(jiān)測中有著重要的應用價值。通過無人機拍攝傾斜照片，可以獲取礦山和采礦區(qū)的影像點云數(shù)據(jù)。傾斜攝影技術能夠快速準確地獲取礦山和采礦區(qū)的地形和地貌信息，為礦山的管理和規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，無人機傾斜攝影技術具有廣泛的應用范圍，可以在地形測量與地圖制作、建筑物三維模型重建、礦山與采礦區(qū)監(jiān)測、土地勘界與不動產(chǎn)測繪、環(huán)境監(jiān)測與生態(tài)評估等領域發(fā)揮重要作用。隨著無人機技術的不斷發(fā)展和成熟，無人機傾斜攝影技術在測繪工程中的應用前景將更加廣闊。

4 無人機傾斜攝影獲取的數(shù)據(jù)流程

無人機傾斜攝影技術在測繪工程中的實施與應用中，獲取數(shù)據(jù)是其中一個重要的環(huán)節(jié)。

無人機傾斜攝影獲取數(shù)據(jù)的流程主要包括以下幾個步驟：飛行計劃制訂、設備準備、飛行任務執(zhí)行、圖像數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析。

4.1 飛行計劃制訂

根據(jù)實際測繪需求和場地條件，制訂合理的飛行計劃，包括航線的規(guī)劃和飛行高度的確定。在飛行計劃制訂過程中，需要考慮地形地貌、障礙物、飛行器動力和通信等因素，確保飛行過程的安全和數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

4.2 設備準備

在無人機傾斜攝影獲取數(shù)據(jù)的過程中，需要準備好相機設備、無人機、地面控制裝置等設備。傾斜攝影是指安裝在無人機上的相機在飛行過程中以傾斜姿態(tài)進行拍攝，獲得包含地物立體信息的影像。通過傾斜攝影，可以獲取大量的影像數(shù)據(jù)，并記錄相應的飛行軌跡參數(shù)。

4.3 數(shù)據(jù)處理與分析

在數(shù)據(jù)處理過程中，首先，需要對傳輸?shù)降孛婵刂蒲b置上的影像數(shù)據(jù)進行處理，包括去除噪聲、糾正畸變、配準校正等。其次，利用圖像處理軟件對影像數(shù)據(jù)進行分類、提取等操作，得到影像點云數(shù)據(jù)。最后，根據(jù)具體需求，可以進行地形圖繪制、三維模型生成等工作。

5 結語

綜上所述，無人機傾斜攝影獲取數(shù)據(jù)的流程涉及飛行計劃制訂、設備準備、飛行任務執(zhí)行、圖像數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理與分析等環(huán)節(jié)。通過合理的計劃和高效的操作，可以獲取高質(zhì)量、大數(shù)據(jù)量的影像點云數(shù)據(jù)，為測繪工程提供有力的支撐和保障。

參考文獻

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