無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用探索

董娟 李惠玲 張慶

1.德州市自然資源局，山東 德州

2.連云港市高克勘察測(cè)繪有限公司，江蘇 連云港

3.山東國(guó)鑫環(huán)保科技有限公司，山東 德州

在過去幾十年里，地理信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著進(jìn)展。特別是隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)逐漸成為地理信息等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向[1]。

1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量，即在無人機(jī)上搭載高精度多角度測(cè)量相機(jī)，實(shí)現(xiàn)從不同的角度采集影像數(shù)據(jù)，獲取到豐富的地物信息，再通過數(shù)據(jù)處理，使其適用于需要快速反饋的應(yīng)用場(chǎng)景。傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量通常需要昂貴的飛行器和設(shè)備，限制了其在一些特殊場(chǎng)景下的應(yīng)用，而無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)以其靈活性、高效性和經(jīng)濟(jì)性，突破了傳統(tǒng)測(cè)量的限制，為地理信息數(shù)據(jù)的采集與處理提供了全新的解決方案。首先，其靈活性與高效性使其擺脫了傳統(tǒng)航空攝影的限制，不需要固定航線和昂貴的設(shè)備，無人機(jī)能夠靈活飛行并高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其次，相較于傳統(tǒng)航空攝影，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的成本較低，無需雇傭昂貴的飛行器和乘員。此外，無人機(jī)的應(yīng)用能夠降低人員參與和操作風(fēng)險(xiǎn)，特別適用于在危險(xiǎn)或難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。傾斜攝影技術(shù)還能提供更高的空間分辨率和更好的地物形態(tài)表現(xiàn)，從而提高了建模和測(cè)量的精度。最后，無人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，即時(shí)獲取建模和測(cè)量結(jié)果，使其適用于需要快速反饋的應(yīng)用場(chǎng)景。基于以上所述，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在多個(gè)方面展現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢(shì)，為在地理信息等領(lǐng)域使用帶來了新的可能性。

2 在地理信息中的應(yīng)用

在數(shù)字地圖制作與更新、地表三維重建以及環(huán)境監(jiān)測(cè)與災(zāi)害評(píng)估等方面，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)帶來了更高效、精確、安全的數(shù)據(jù)獲取和分析手段，推動(dòng)了地理信息科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展。

2.1 數(shù)字地圖制作與更新

通過無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，可以高效地獲取大面積地區(qū)的影像數(shù)據(jù)，從而制作或更新數(shù)字地圖。這些數(shù)字地圖具有更高的空間分辨率和更真實(shí)的地物形態(tài)表現(xiàn)，為地理信息系統(tǒng)（GIS）提供了更精準(zhǔn)、實(shí)用的地圖數(shù)據(jù)。

2.2 地表三維重建

傾斜攝影技術(shù)能夠獲取多角度的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合地面控制點(diǎn)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等輔助技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地表三維重建。通過該技術(shù)獲取的三維地表模型，為城市規(guī)劃、土地管理、建筑設(shè)計(jì)等方面提供了全新的空間分析與決策支持。

2.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)與災(zāi)害評(píng)估

進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)與災(zāi)害評(píng)估，尤其在人員難以到達(dá)的地區(qū)。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以通過實(shí)時(shí)采集傾斜影像，對(duì)自然災(zāi)害（如洪水、地質(zhì)災(zāi)害等）造成的影響進(jìn)行快速評(píng)估，有助于及早采取相應(yīng)的救援和防范措施。

3 在測(cè)繪與建筑中的應(yīng)用

3.1 城市規(guī)劃與土地管理

借助該項(xiàng)技術(shù)，可以高效獲取城市及周邊地區(qū)的大范圍影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市用地現(xiàn)狀和土地利用情況的快速調(diào)查和準(zhǔn)確分析。這為城市規(guī)劃決策提供了重要支持，幫助規(guī)劃者更好地了解城市發(fā)展?fàn)顩r，優(yōu)化土地利用，合理規(guī)劃城市空間結(jié)構(gòu)。

3.2 建筑物立面測(cè)量與模型生成

該技術(shù)能夠獲取建筑物立面的多角度影像，通過對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以精確測(cè)量建筑物的高度、寬度和形狀等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑物立面的三維建模[2]。對(duì)于城市建筑物的評(píng)估、規(guī)劃、維護(hù)和保護(hù)等方面具有重要意義。

3.3 建筑工地監(jiān)測(cè)與管理

在建筑工地施工過程中，該技術(shù)可以定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，快速獲取施工現(xiàn)場(chǎng)的影像數(shù)據(jù)，對(duì)工地進(jìn)度和施工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與評(píng)估[3]。同時(shí)，無人機(jī)傾斜攝影還可以輔助施工管理，提供更全面的視角，幫助解決工地管理中的問題。

4 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

4.1 農(nóng)田規(guī)劃與作物監(jiān)測(cè)

通過該技術(shù)可以對(duì)農(nóng)田進(jìn)行高精度的地圖制作和更新，幫助農(nóng)業(yè)規(guī)劃者了解土地利用情況，合理規(guī)劃農(nóng)作物種植布局。此外，還可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的高分辨率監(jiān)測(cè)，包括生長(zhǎng)情況、病蟲害發(fā)生等，為農(nóng)民提供及時(shí)的農(nóng)作物管理決策支持。

4.2 農(nóng)作物健康狀況評(píng)估

該技術(shù)結(jié)合多光譜或紅外傳感器，可以對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行健康狀況評(píng)估。通過對(duì)作物的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以快速檢測(cè)作物的營(yíng)養(yǎng)狀況和植被指數(shù)等，早期發(fā)現(xiàn)作物的生長(zhǎng)異常或病蟲害問題，有助于精準(zhǔn)調(diào)控農(nóng)作物的施肥和防治措施。

4.3 農(nóng)藥施用與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

利用該技術(shù)獲取的高分辨率影像數(shù)據(jù)，可以幫助農(nóng)民實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的精準(zhǔn)施用。通過對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況和病蟲害分布的分析，可以精確判斷施藥的區(qū)域和用量，降低農(nóng)藥的使用量，減少對(duì)環(huán)境的影響，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

5 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的數(shù)據(jù)處理與精度控制

5.1 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

在進(jìn)行無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量時(shí)，首先需要使用無人機(jī)搭載的傾斜攝影設(shè)備飛行并獲取傾斜影像數(shù)據(jù)。采集的影像數(shù)據(jù)可能受到飛行姿態(tài)、風(fēng)速、光照條件等因素影響，因此在進(jìn)行后續(xù)處理前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去除畸變、去除重疊區(qū)域等，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

5.2 特征提取與匹配

特征提取是指從無人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)中提取出顯著的地物特征，如建筑物的角點(diǎn)、道路的交叉口等。特征匹配是指在不同影像之間尋找相同地物特征點(diǎn)的過程[4]。特征提取與匹配是實(shí)現(xiàn)影像間配準(zhǔn)和三維重建的關(guān)鍵步驟，通過對(duì)特征點(diǎn)的提取和匹配，可以建立影像間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)影像的融合和拼接。

5.3 數(shù)據(jù)配準(zhǔn)與精度評(píng)估

數(shù)據(jù)配準(zhǔn)是將采集的多個(gè)傾斜影像進(jìn)行準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)，使得它們?cè)谕蛔鴺?biāo)系下進(jìn)行比較和分析。數(shù)據(jù)配準(zhǔn)通常涉及到飛行器姿態(tài)校正、影像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、地面控制點(diǎn)配準(zhǔn)等過程。精度評(píng)估是對(duì)傾斜攝影測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精度分析，驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過精度評(píng)估，可以評(píng)估無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)量精度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析和應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

6 挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

6.1 技術(shù)挑戰(zhàn)

在無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)中，數(shù)據(jù)處理與算法優(yōu)化、多傳感器融合與定位精度，以及復(fù)雜場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)是面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)處理過程涉及大量影像數(shù)據(jù)，因此需要研究更快速、更精確的算法來高效處理數(shù)據(jù)，包括特征提取和匹配，以提高數(shù)據(jù)處理的效率和精度。在傾斜攝影測(cè)量中，常常需要融合多種傳感器數(shù)據(jù)，如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、激光雷達(dá)等，如何有效地融合這些不同傳感器的數(shù)據(jù)，并提高定位精度，是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。此外，在復(fù)雜的地形和建筑物場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和特征匹配變得更加復(fù)雜，由于地形高差和建筑物遮擋等因素引起的影像匹配問題也需要解決，以提高數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的精度。因此，技術(shù)發(fā)展將著重于數(shù)據(jù)處理與算法優(yōu)化、多傳感器融合與定位精度，復(fù)雜場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，支持進(jìn)一步提升無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和拓展應(yīng)用場(chǎng)景是面臨的挑戰(zhàn)。

6.2 未來發(fā)展方向

該技術(shù)未來將著重于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的自動(dòng)化和智能化，通過引入人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、特征提取和匹配等關(guān)鍵步驟的自動(dòng)化，從而減輕操作人員的工作負(fù)擔(dān)，提高效率和精度。未來的發(fā)展方向還將注重?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境和極端氣候條件下的適應(yīng)性。持續(xù)改進(jìn)傳感器和無人機(jī)設(shè)計(jì)，使其能夠在復(fù)雜地形和惡劣氣候條件下穩(wěn)定工作，提高技術(shù)的魯棒性和可靠性，以應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)和應(yīng)用需求。

綜上，未來無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)將朝著自動(dòng)化、智能化、精度提升、多模態(tài)融合和環(huán)境適應(yīng)性等方向發(fā)展，為地理信息等領(lǐng)域帶來更廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

7 結(jié)論

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一種快速、高效、精準(zhǔn)的地理信息獲取手段，通過對(duì)該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用探索，在數(shù)字地圖制作與更新、城市規(guī)劃與土地管理、農(nóng)田規(guī)劃與作物監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)與災(zāi)害評(píng)估等領(lǐng)域，測(cè)量能夠提供高質(zhì)量、高精度的數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)了這些領(lǐng)域的科學(xué)研究和實(shí)踐應(yīng)用邁上新的臺(tái)階。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，相信無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)將帶來更多新的可能性，為社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出更大貢獻(xiàn)。