無人機(jī)傾斜攝影在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用

盧君成

摘 要：隨著數(shù)字信息建設(shè)的發(fā)展，社會大眾對數(shù)據(jù)的需求發(fā)生了一些變化，近兩年國內(nèi)傾斜攝影業(yè)務(wù)量突飛猛進(jìn)，傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)。業(yè)務(wù)涉及國土資源、城建、水利、交通、旅游、地質(zhì)、電力、農(nóng)牧等諸多領(lǐng)域。它改變了以往航空攝影測量只能使用單一相機(jī)從垂直角度拍攝地物的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時(shí)從垂直、側(cè)視和前后視等不同角度采集影像。傾斜影像不僅能真實(shí)反映地物情況，還通過采用先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入精確的地理信息、豐富的影像信息。無人機(jī)傾斜攝影具有高精準(zhǔn)度詳細(xì)快速的優(yōu)勢，縮減測繪工作人員的日常工作時(shí)間及工作強(qiáng)度，促使測繪效率得到顯著的提升，在地面地形測繪、三維立體建模等方面，具有非常顯著的優(yōu)勢。本文針對無人機(jī)傾斜攝影測繪開展具體的論述，望能夠有一定的參考性價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地形測繪 無人機(jī)傾斜攝影 測繪技術(shù)

中圖分類號：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（a）-0094-02

在傳統(tǒng)的地面地形測繪、三維立體建模工作當(dāng)中，主要是采用RTK、全站儀等相關(guān)設(shè)備，對野外現(xiàn)有的測點(diǎn)信息進(jìn)行采集，通過專業(yè)軟件處理之后編輯地形圖和立體模型，與傳統(tǒng)的地形測繪技術(shù)相比，傾斜攝影所具備的高效率、高精度、高真實(shí)感、低成本優(yōu)勢，使其逐步替代傳統(tǒng)人工建模的三維模型獲取方式。一個(gè)面積約50km2的城市，運(yùn)用傾斜攝影建模技術(shù)，從獲取影像、處理數(shù)據(jù)直至生成真三維模型僅需10天左右。同等工作量，若采用人工建模，則需投入100人足足干3個(gè)月。傾斜攝影三維模型不僅能帶給觀者真實(shí)而震撼的視覺感受，還因其模型上每一點(diǎn)都具有準(zhǔn)確的三維地理坐標(biāo)，可供測繪人員按需測量和計(jì)算，從而使三維模型在城市建設(shè)與管理、地理測繪、公共安全與應(yīng)急反恐等方面大有可為。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)主要內(nèi)容

（1）關(guān)于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)：無人機(jī)的傾斜攝影主要是通過三維重建，利用單一相機(jī)多角度垂直拍攝的基礎(chǔ)，利用無人機(jī)的傾斜、空中定位形成的組合的多鏡頭拍攝平臺，然后通過多媒體技術(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)取像。根據(jù)無人機(jī)的POS系統(tǒng)或GPS差分系統(tǒng)進(jìn)行精確定位，將提供的多角度成像處理，形成匹配密集影像、映射紋理生成模型的重要操作，最終形成無人機(jī)傾斜攝影的三維重建。

（2）工作原理：無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是空中飛行的測量技術(shù)，它們之間的主要區(qū)別是傾斜攝影技術(shù)是通過在一架無人機(jī)上放置多個(gè)攝影鏡頭進(jìn)行圖像收集，多角度的垂直傾斜拍攝讓地理表面信息更加完善。正片的拍攝主要依據(jù)無人機(jī)的垂直拍攝技術(shù)，所謂斜片就是通過形成一定的拍攝角度。

（3）數(shù)據(jù)信息的獲取與處理：根據(jù)測圖需要提出的航攝要求，向主管部門申請。經(jīng)批準(zhǔn)后，制定航攝計(jì)劃。根據(jù)實(shí)地勘察測區(qū)的地形特征參照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對測區(qū)航線進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，完成測區(qū)范圍內(nèi)傾斜航空影像數(shù)據(jù)獲取工作，基本的要求及技術(shù)指標(biāo)如下：①所獲取影像為真彩色數(shù)字影像；②平面精度滿足相關(guān)比例尺地形圖的精度要求；③像片的重疊度：航向重疊度75%，旁向重疊度75%；④影像質(zhì)量：獲取的測區(qū)像片應(yīng)影像清晰、反差適中，彩色色調(diào)柔和、鮮艷；⑤漏洞補(bǔ)攝：對各種原因獲取的不合格航片（航攝漏洞）要及時(shí)補(bǔ)飛，漏洞補(bǔ)攝按原設(shè)計(jì)航跡進(jìn)行。

2 野外數(shù)據(jù)的獲取流程

（1）航高確定：數(shù)碼航空攝影的成圖比例尺取決于飛行高度，根據(jù)地面分辨率，可按照公式求得獲得相應(yīng)地面分辨率GSD的飛行高度。

（2）航攝時(shí)間：航空影像的質(zhì)量對航攝飛行的時(shí)間有一定的要求，航攝時(shí)間受天氣條件的制約。具體要求如下：①水平能見度≥1500m，垂直能見度≥1000m；②氣流相對穩(wěn)定：每天的正午氣流相對較強(qiáng)，對飛行安全不利，同時(shí)也對影像質(zhì)量影像較大；③選擇航攝時(shí)間：平地要求，太陽高度/（°）>20，陰影倍數(shù)/（倍）<3。丘陵地和小城鎮(zhèn)，太陽高度/（°）>30，陰影倍數(shù)/（倍）<2。山地和中等城市，太陽高度/（°）>20，陰影倍數(shù)/（倍）≤1。

（3）航線設(shè)計(jì)：通常情況下航線應(yīng)按東西向或南北向直線飛行；特定條件下亦可根據(jù)地形走向與專業(yè)測繪的需要，按南北向或沿線路、河流、海岸、境界等任意方向飛行。

平行于攝區(qū)邊界線的首末航線一般敷設(shè)在攝區(qū)邊界線上或者邊界外；旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界線，一般不少于像幅的30%，確保目標(biāo)攝區(qū)完全覆蓋。

（4）像片控制點(diǎn)測量：①測區(qū)像片控制點(diǎn)采用網(wǎng)絡(luò)GPS-RTK技術(shù)施測，一般情況下均為平高點(diǎn)；②選用的像片控制點(diǎn)的目標(biāo)影像應(yīng)清晰，易于判別和刺點(diǎn)。像片控制點(diǎn)布設(shè)應(yīng)在航向及旁向重疊5～6張像片范圍內(nèi)，控制點(diǎn)要盡量共用。根據(jù)測區(qū)的地形條件，按區(qū)域網(wǎng)布設(shè)，區(qū)域網(wǎng)的大小一般控制在8航線，12基線，在區(qū)域網(wǎng)的四周進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)。一般情況下每平方公里1個(gè)點(diǎn)，盡量均勻分布；③區(qū)域網(wǎng)之間的像片控制點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在左、右航線重疊的中間，相鄰區(qū)域網(wǎng)盡量公用。當(dāng)測區(qū)范圍受地形條件限制，有凸凹時(shí)，應(yīng)在凸角處增補(bǔ)控制點(diǎn)。滿足精度要求的點(diǎn)位均提供高程和平面坐標(biāo)，每個(gè)測區(qū)至少有2個(gè)多余觀測控制點(diǎn)，作為多余觀測評價(jià)模型的坐標(biāo)精度；④相片的定位點(diǎn)的選擇上應(yīng)該盡量于可見的清晰的地物點(diǎn)，控制點(diǎn)的像片精度控制在0.1mm，這些定位點(diǎn)的交角通常選擇于呈線狀的地物焦點(diǎn)處，并且影像點(diǎn)的大小要小于點(diǎn)狀的地物中心，大約為0.2mm，其中刺點(diǎn)目標(biāo)不能選擇交角小于30°的線狀地物；⑤像片控制點(diǎn)應(yīng)選用高程變化小的目標(biāo)，像片控制點(diǎn)在各張相鄰的及具有同名點(diǎn)的像片上均應(yīng)清晰可見，選擇最清晰的一張像片作為刺點(diǎn)片。

3 相關(guān)數(shù)據(jù)的預(yù)處理

隨著傾斜攝影測量技術(shù)的不斷完善，攝影測量處理軟件技術(shù)也不斷地發(fā)展和更新，通過傾斜批量自動建模軟件，是基于圖形運(yùn)算單元GPU快速三維模型的構(gòu)建軟件，通過攝影測量原理，對獲得的傾斜影像、街景數(shù)據(jù)、照片等數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何處理、多視匹配、三角網(wǎng)（TIN）構(gòu)建、自動賦予紋理等步驟，最終得到三維模型。該過程僅依靠簡單連續(xù)的二維圖像，就能還原出最真實(shí)的真三維模型，無需人工干預(yù)便可以完成海量城市模型的批量處理。通過多節(jié)點(diǎn)自動建模軟件來完成建模任務(wù)，具體流程如下。數(shù)據(jù)導(dǎo)入：指定數(shù)據(jù)存放的路徑、焦距、像幅等參數(shù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件；自動空三解算：根據(jù)圖像之間的重疊，自動搜索同名點(diǎn)，進(jìn)行自動空間三角解算；構(gòu)建TIN網(wǎng)格：根據(jù)空間三角解算、幾何處理、多視角匹配等自動構(gòu)建TIN網(wǎng)格；自動貼圖：自動賦予貼圖，構(gòu)建三維模型；模型后處理：通過疊加分類圖層，將模型單體化并賦予屬性信息，同時(shí)創(chuàng)建LOD，進(jìn)行優(yōu)化，生成3DML數(shù)據(jù)格式。

4 地物、地形的繪制與提取

可以運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)來對真三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行提取以及后期的相關(guān)處理，其中，在地形、地物提取的時(shí)候可以從具體特征點(diǎn)入手，利用相關(guān)航測軟件從三維模型視圖當(dāng)中進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的提取，形成地物特征點(diǎn)x、y、H坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而在文本文件當(dāng)中進(jìn)行對應(yīng)格式的傳輸，直接導(dǎo)入測繪圖軟件來進(jìn)行地物的具體繪制與編輯。

5 結(jié)語

航空傾斜攝影技術(shù)不僅能夠真實(shí)地反應(yīng)地物情況，而且還通過采用先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級的用戶體驗(yàn)，為數(shù)字化城市的建設(shè)提供了全新的手段，并使行業(yè)應(yīng)用更加深入。通過配套軟件的應(yīng)用，可直接基于成果影像進(jìn)行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，通過數(shù)據(jù)信息的嵌入，可以實(shí)現(xiàn)更大領(lǐng)域的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

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