無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

王鵬

【摘 ?要】隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)為大比例尺地形圖測(cè)繪提供了必要的手段，解決了難題。論文介紹無人機(jī)攝影技術(shù)，闡述無人機(jī)傾斜攝影工作的原理、優(yōu)點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)，分析無人機(jī)傾斜攝影的應(yīng)用范圍和數(shù)據(jù)獲取流程，以供參考。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī);測(cè)繪

引言

近些年，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，而城市也逐漸成為了真正意義上的經(jīng)濟(jì)社會(huì)主導(dǎo)力量。在此背景下，勞動(dòng)、資本、土地等傳統(tǒng)意義上的城市增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)要素也逐漸轉(zhuǎn)向了人才、知識(shí)、信息、技術(shù)等創(chuàng)新要素。換言之，城市發(fā)展更富創(chuàng)新活力，城市運(yùn)行更具智慧性。智慧城市的新理念和新實(shí)踐，已然成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和實(shí)業(yè)界所廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)話題。我國(guó)也掀起了智慧城市的建設(shè)浪潮，而與智慧城市建設(shè)密切相關(guān)的城市測(cè)量技術(shù)也引發(fā)了全社會(huì)的討論。本文將以無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量實(shí)景真三維建模技術(shù)為主要研究對(duì)象，簡(jiǎn)要分析其在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的概述

無人機(jī)技術(shù)。無人機(jī)運(yùn)行原理是通過無線電遙控與制動(dòng)程序?qū)o人飛機(jī)或者是飛行器進(jìn)行控制，無人飛機(jī)主要包括固定翼、直升機(jī)、多旋翼以及飛艇等，具備機(jī)動(dòng)、經(jīng)濟(jì)以及快速等優(yōu)點(diǎn)。

傾斜攝影技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了以前的航空攝影只從正攝角度采集影像的方式，利用多角度相機(jī)同步采集地面物體各個(gè)角度高分辨率的航攝影像。運(yùn)行原理為通過三維模型真實(shí)反饋適合人眼視覺的城市場(chǎng)景，將三維城市放入到城市地理信息框架中，呈現(xiàn)出豐富多變的地理信息，從而達(dá)到提高用戶體驗(yàn)度，減少三維城市建模的投入成本。

傾斜攝影數(shù)據(jù)采集.

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能以快速、大范圍、高分辨率的方式，全面感知采集復(fù)雜場(chǎng)景的地物信息，由高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果，直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實(shí)效果和幾何精度提供保證.同時(shí)，有效提升了模型的生產(chǎn)效率，大大降低了三維模型數(shù)據(jù)采集成本.我們承擔(dān)了黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園的航飛任務(wù).被攝區(qū)域面積約1km，考慮校園測(cè)區(qū)特點(diǎn)，采用哈瓦mega-v8Ⅱ1050低空無人機(jī)平臺(tái)搭載傾斜攝影模塊的方式，獲取測(cè)區(qū)的最新基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)，同時(shí)利用RTK進(jìn)行野外像控點(diǎn)布設(shè)和采集，獲取高精度像控點(diǎn)坐標(biāo).傾斜攝影平臺(tái)及相機(jī)參數(shù)。

無人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)點(diǎn)

無人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)勘測(cè)區(qū)域周圍實(shí)際情況進(jìn)行充分反映，相較于數(shù)字正射影像圖而言，地面上的物體可以通過無人機(jī)傾斜影像從多個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量，將更加真實(shí)的地面情況進(jìn)行反映，這樣可以對(duì)無人機(jī)正射影像存在的不足從最大程度上進(jìn)行彌補(bǔ)。單張影像測(cè)量可以利用傾斜影像實(shí)現(xiàn)是無人機(jī)傾斜攝像的另一優(yōu)點(diǎn)，而且通過利用配套軟件可以將收集到的高度、長(zhǎng)度、面積以及角度和坡度等數(shù)據(jù)直接展示在影像上，這樣可以擴(kuò)展傾斜攝影技術(shù)在測(cè)繪行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。最后，無人機(jī)傾斜攝像技術(shù)還可以采集建筑物側(cè)面紋理，運(yùn)用三維數(shù)字，通過無人機(jī)傾斜攝影大規(guī)模成圖、提取大量?jī)A斜攝影數(shù)據(jù)和貼紋理的方式，有效降低了城市三維建模所需成本。對(duì)外業(yè)采集獲取的航攝數(shù)據(jù)成果進(jìn)行整體檢查，要求航攝影像質(zhì)量、數(shù)量及文件格式正確無誤，航高及影像重疊度符合建模所需精度要求，POS數(shù)據(jù)與影像成果一一對(duì)應(yīng)，無冗余、缺失，相機(jī)參數(shù)正確完整，像控點(diǎn)分布均勻，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確.為了保證調(diào)色后影像效果滿足生產(chǎn)要求，對(duì)原始影像進(jìn)行勻光勻色.處理后的數(shù)據(jù)保證整個(gè)測(cè)區(qū)整體色調(diào)的一致性，且單張航片不偏色。

無人機(jī)傾斜攝影的應(yīng)用范圍

目前，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在民用領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有地形圖測(cè)繪、地質(zhì)勘測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣象探測(cè)、空中交通管制、邊境控制、通信中繼和農(nóng)藥噴灑的研究等[2]。國(guó)內(nèi)外無人機(jī)技術(shù)正在不斷發(fā)展與完善中。在對(duì)國(guó)土測(cè)繪以及海洋、高壓線路、災(zāi)情以及氣象等方面進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)無人機(jī)技術(shù)要求是不一樣的。比如，無人機(jī)傾斜攝影在海洋區(qū)域飛行的抗風(fēng)能力就要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高山的地區(qū)，在氣象監(jiān)視方面，就要求無人傾斜攝影機(jī)進(jìn)到臺(tái)風(fēng)眼中并且還能自己飛回來，對(duì)于災(zāi)情進(jìn)行監(jiān)視，要求回傳的遙感信息圖像要能夠看清地面的所有物體;在監(jiān)視高壓線路時(shí)，就要求必須能夠看清高壓線路。現(xiàn)在通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲取資料，具有成本低、數(shù)據(jù)精確、操作靈活的特點(diǎn)，無人機(jī)傾斜攝像，主要應(yīng)用在城市規(guī)劃、建設(shè)、管理及三維城市建模等方面。在未來，無人機(jī)傾斜攝影三維數(shù)據(jù)還可為我們的智慧城市、城市規(guī)劃、國(guó)土測(cè)繪、災(zāi)情災(zāi)害應(yīng)急、農(nóng)林業(yè)、水利、旅游及電力等多種行業(yè)提供主要的數(shù)據(jù)來源。

針對(duì)不同的拍攝區(qū)域，能夠更加靈活的適應(yīng)城市航拍，有效提高城市建模的有效率，同時(shí)通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)數(shù)據(jù)的不斷更新，能夠更好的為數(shù)字城市提供更好的管理依據(jù)。在具體的規(guī)劃施工的過程中，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠有效的實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的指標(biāo)控制，提高工程的審批和決策，為航空拍攝死角快速多維測(cè)繪，有效的提高了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的可靠性與科學(xué)性。在竣工核實(shí)方面，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠有效的克服建筑物的體積龐大、結(jié)構(gòu)繁瑣的弊端，能夠通過無人機(jī)的介入，快速獲取相關(guān)的圖文資料并進(jìn)一步進(jìn)行建模處理，通過與先前的設(shè)計(jì)方案對(duì)比，實(shí)現(xiàn)建模數(shù)據(jù)庫(kù)的更新。在輔助規(guī)劃方面，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通過有效建模，能夠打破原有的規(guī)劃監(jiān)察方式，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃控制疊加，即節(jié)省了人力物力，同時(shí)也更加科學(xué)的規(guī)范了城市用地監(jiān)督管理。

城市規(guī)劃方面的應(yīng)用

生產(chǎn)數(shù)字化地形圖是城市規(guī)劃的一個(gè)重要的地理信息支撐部分。通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，能夠快速有效的實(shí)現(xiàn)高效、自動(dòng)的建模需求，真正滿足城市建設(shè)的發(fā)展需要。通過無人機(jī)的航拍所獲取的地形圖，更能清晰的反映真實(shí)事物的具體方位，有效的提高影像的精度。在城市建設(shè)現(xiàn)狀分析方面，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠非常有效的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建模，通過數(shù)據(jù)的三維分析，更好的實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的目標(biāo)和具體要求。

在某城市三維建設(shè)項(xiàng)目中，對(duì)120km2多山與建筑密度低的市郊實(shí)施三維建模。無人機(jī)傾斜影像采集方案使用150m航高飛行方案，搭載3臺(tái)相機(jī)，單次飛行采集4km2～6km2，總共12GB影像，耗時(shí)30d采集傾斜影像，耗時(shí)120d進(jìn)行三維模型重建與模型質(zhì)量提高，耗時(shí)30d用于模型質(zhì)量檢查與成果發(fā)布?；跓o人機(jī)傾斜攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)120km2初始三維模型建模，并導(dǎo)出空三加密影像;同時(shí)開發(fā)出導(dǎo)入上述成果的編輯工具，通過模型與空三成果的內(nèi)在關(guān)系，在空三糾正影像上拉伸實(shí)體進(jìn)行白模建模，聯(lián)動(dòng)初始三維模型對(duì)原始模型進(jìn)行補(bǔ)充與修繕，通過影像紋理自動(dòng)映射，在解決模型畸變與錯(cuò)誤的同時(shí)，提升建模質(zhì)量。

做到多視影像聯(lián)合平差是無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵所在。無人機(jī)傾斜攝影搜集到的影像主要包含垂直攝影影像和傾斜攝影影像2種。無約束區(qū)域網(wǎng)平差、附加約束的區(qū)域網(wǎng)平差以及傾斜攝影的直接定向?yàn)閮A斜攝影測(cè)量主要方位。多視影像密集匹配是無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的另外一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)所在，相較于傳統(tǒng)攝影影像方式，傾斜影像可以使地上的物體幾何變大并且讓分辨率變大。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，經(jīng)過對(duì)三維模型生產(chǎn)與傾斜攝影所得影像進(jìn)行預(yù)處理，可以制作三維模型。

結(jié)束語(yǔ)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)作為一種新型的遙感數(shù)據(jù)獲取的重要手段之一，有著傳統(tǒng)攝影技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著無人機(jī)技術(shù)的逐步發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的普遍運(yùn)用，把原本大量的外業(yè)工作轉(zhuǎn)變成內(nèi)業(yè)工作，極大地解放了測(cè)繪人的勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了測(cè)量技術(shù)成本。

（作者單位：天津市普迅電力信息技術(shù)有限公司）