田雷

摘 要：隨著社會的進(jìn)步，各種高新科技逐漸應(yīng)用到人們的生活中，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)就是眾多高新技術(shù)中的一種，通過相關(guān)科研人員的不懈努力，無人機(jī)的功能逐漸變得多種多樣，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。在測繪大比例尺地形圖的過程中，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，并且解決了傳統(tǒng)大比例尺地形圖測繪中效率低下、準(zhǔn)確率低和周期長的問題，該文主要對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行敘述，然后對該技術(shù)中三維模型的形成流程和相應(yīng)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行敘述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)；測繪大比例尺地形圖；可行性研究

中圖分類號：P231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著城市數(shù)字化建設(shè)逐漸成形，各種高新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。而任何領(lǐng)域的發(fā)展都離不開空間地理的支持，尤其是在大比例尺地形圖的測繪這方面，有著迫切的需求以及高標(biāo)準(zhǔn)的要求。在以往的傳統(tǒng)大比例尺地形圖的測繪工程中，存在著效率低、準(zhǔn)確率低、出圖的時(shí)間周期長以及成本高昂的缺點(diǎn)。雖然我國衛(wèi)星技術(shù)十分發(fā)達(dá)，最高分辨率的衛(wèi)星已經(jīng)達(dá)到了0.5 m，還是難以滿足大比例地形圖的測繪，除此之外，傳統(tǒng)的大比例尺地形圖測繪技術(shù)，對外部條件還有比較嚴(yán)格的要求。因此，這就需要研究者們?nèi)ヌ綄じ玫臏y繪技術(shù)，最終研究出了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)。

1 無人機(jī)傾斜攝影的基本原理

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基本原理就是，通過在無人機(jī)的飛行平面上搭建多臺高分辨率相機(jī)構(gòu)成的采集影像設(shè)備，來對地面圖像進(jìn)行采集。在空中作業(yè)的過程中，從垂直和傾斜等方面對目標(biāo)區(qū)域的圖像進(jìn)行采集。一般在無人機(jī)作業(yè)過程中都是采用五鏡頭的攝影系統(tǒng)，與無人機(jī)飛行平面中的GPS/IMU系統(tǒng)來獲取目標(biāo)區(qū)域的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過相應(yīng)的技術(shù)軟件處理后，形成數(shù)字的表面模型數(shù)字影像以及目標(biāo)區(qū)域的三維模型。

2 無人機(jī)傾斜攝影的核心技術(shù)

2.1 多視影像聯(lián)合平差

無人機(jī)傾斜攝影的核心技術(shù)之一就是多視影像聯(lián)合平差，其中攝影影像可以分為2個(gè)方面，一方面是垂直攝影影像，另外一個(gè)就是傾斜攝影影像。目前區(qū)域網(wǎng)的平差分為3個(gè)部分，分別是無約束和有附加約束的區(qū)域網(wǎng)平差，另外還有直接定向的傾斜影像。

2.2 多視影像的密集匹配

與傳統(tǒng)的無人機(jī)垂直攝影技術(shù)相比，在大比例尺地形圖的測繪過程中，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)需要克服由于地形和分辨率變化大而對影像造成干擾的問題。因此，單單運(yùn)用傳統(tǒng)的匹配方式，不能夠?qū)崿F(xiàn)理想的密集匹配效果，更別說來獲取建模的同名像點(diǎn)。根據(jù)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的現(xiàn)況和需求，近些年來，專家們做了密集的實(shí)驗(yàn)和研究來解決無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不能夠密集匹配的問題。實(shí)現(xiàn)無人機(jī)傾斜攝影的多視影像的密集匹配，能夠得到高精度高密度的地形數(shù)據(jù)，這也是使三維模型更加精細(xì)的關(guān)鍵。

2.3 三維模型的形成

在將得到的無人機(jī)傾斜攝影素材經(jīng)過處理之后，接下來就可以形成三維模型。根據(jù)無人機(jī)傾斜攝影的數(shù)據(jù)情況所形成的三維模型可以分為2類，一是僅僅利用傾斜影像作為主紋理的三維模型，二是利用傾斜影像的所有數(shù)據(jù)在經(jīng)過相關(guān)軟件處理后制作成的三維模型。

3 在無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成三維模型測繪圖的流程

3.1 測量的控制

為了保證三維模型構(gòu)建的準(zhǔn)確性和成功率，因此在進(jìn)行正式的無人機(jī)傾斜攝影之前，就要求各個(gè)方面都要達(dá)到控制點(diǎn)的理想測量水平。可以從以下2個(gè)方面來使無人機(jī)的各個(gè)方面達(dá)到理想的測量水平，一是提高控制點(diǎn)的測量精確度，二是提高控制點(diǎn)的數(shù)量。象對于面積較大且部分區(qū)域建筑物密集排列的目標(biāo)區(qū)域，在房屋密集的區(qū)域可以采取每間隔150 m設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)，然而在房屋不密集且相對來說比較稀疏的地方，每間隔300 m設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)，除此之外，為了提高三維模型的質(zhì)量，應(yīng)最好將控制點(diǎn)設(shè)置在有房頂，道路交叉口這樣的位置上。

3.2 傾斜攝影影像的獲取和處理

目前在市場上所流通的傳感器鏡頭有2種，一種是三鏡頭，另一種是五鏡頭，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域前后左右以及垂直這5個(gè)角度的攝影，在實(shí)際的攝影過程中，各個(gè)鏡頭能夠相互配合，根據(jù)各個(gè)曝光點(diǎn)自動對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行攝影，完成多角度攝影任務(wù)。多視角拍攝的影像經(jīng)過處理，建立成虛擬影像后，選擇視野范圍內(nèi)的傾斜攝影影像，將該部分影像數(shù)據(jù)反投射到虛擬影像中，最后對影像進(jìn)行減少目標(biāo)區(qū)域凸起建筑物的重影的處理。減少重影現(xiàn)象的方法主要3種，第一種，盡量選擇無凸起建筑的平地作為影像的銜接，第二種，選擇高度密集匹配的方式來完成兩幅影像的拼接，第三種，對傾斜影像和下方影像的直線特征進(jìn)行識別匹配，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.3 對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理

在三維模型構(gòu)建前，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是必須進(jìn)行的一個(gè)環(huán)節(jié)，在這個(gè)過程中，主要是對影像的完整性，清晰度和是否有大范圍模糊攝影等情況進(jìn)行檢查，然后要求工作人員對獲得數(shù)據(jù)通過模型編輯的方式來進(jìn)行預(yù)處理，另外，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，要避免因?yàn)楣饩€的問題而造成的建模差異。

3.4 空三加密

在無人機(jī)傾斜攝影的過程中，一般都采用自動的空三加密系統(tǒng)，首先，要在空三加密系統(tǒng)中輸入具有方位信息的地面控制數(shù)據(jù)，然后系統(tǒng)會根據(jù)所輸入的信息自動匹配傾斜攝影中的連接點(diǎn)，然后對連接點(diǎn)進(jìn)行核對和檢查，排除掉有偏差的連接點(diǎn)，最后進(jìn)行平差。

3.5 三維模型的構(gòu)建

最后一步就是進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，運(yùn)用批量自動建模軟件進(jìn)行作業(yè)，對上述流程中所獲得的多視角影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校對、平差、匹配以及三角網(wǎng)的構(gòu)建以此來提取影像中的特征，使多視角影像變得可視化，從而實(shí)現(xiàn)三維模型的構(gòu)建。

4 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 應(yīng)用要點(diǎn)

（1）在傾斜攝影的過程中，可能會出現(xiàn)建筑自遮擋和被遮擋這2種現(xiàn)象，比如橋梁和大量植被遮擋，可以采取多次飛行攝影和多視角攝影的方式來減少這種現(xiàn)象的發(fā)生概率。

（2）由于現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)還沒有達(dá)到理想狀態(tài)，因此，無人機(jī)傾斜攝影無法在黑暗的情況下進(jìn)行作業(yè)。無人機(jī)傾斜攝影作業(yè)需在光線較好的條件下進(jìn)行作業(yè)。

（3）無人機(jī)飛行過程中，并非是平穩(wěn)的，難免會出現(xiàn)因?yàn)槎秳佣斐上袼氐奈灰疲瑪z影效果模糊的情況，因此，在無人機(jī)傾斜攝影作業(yè)的過程中，盡量將像素控制在1/4個(gè)像素以下。

（4）在對目標(biāo)區(qū)域的影像進(jìn)行采集時(shí)，主要采集內(nèi)容為建筑的側(cè)面，基于這樣的要求，就常常需要人工對建筑進(jìn)行定點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，而在采集過程中，難免會出現(xiàn)因?yàn)槿斯ふ`差而造成的失誤，因此不光要對傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行升級，還要對工作人員能力進(jìn)行培養(yǎng)。

4.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在進(jìn)行大比例尺地形圖測繪時(shí)，一是要對航拍區(qū)域的房屋密集區(qū)進(jìn)行多次加密拍攝。二是針對模型的采集要有一個(gè)清晰的邏輯思維判斷，對于無法進(jìn)行測繪的區(qū)域果斷放棄，不拖延工程的進(jìn)程。三是對于目前區(qū)域中無法進(jìn)行建模的建筑物采用傳統(tǒng)建模的方式。四是對于山區(qū)建模時(shí)，植被覆蓋率較高，采用傳統(tǒng)建模。

5 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，數(shù)字化的城市建設(shè)也在不斷地進(jìn)步，目前，越來越多的領(lǐng)域?qū)o人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的需求愈發(fā)迫切，并且希望能夠應(yīng)用到大比例尺地形圖的測繪中。本文對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行了敘述和一些相關(guān)的技術(shù)總結(jié)，希望能為相關(guān)人員提供幫助。

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