基于消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)傾斜影像的三維測(cè)圖技術(shù)分析

王愛(ài)華

（山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東濟(jì)南 250100）

0 引言

無(wú)人機(jī)傾斜影像技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用是測(cè)繪遙感領(lǐng)域中的新應(yīng)用技術(shù)，已經(jīng)打破了正攝影響成果，通過(guò)傾斜攝影進(jìn)行三維測(cè)圖，從而能夠提高測(cè)圖的質(zhì)量和效率，獲得比較完整的地形地貌信息，這對(duì)實(shí)際測(cè)圖工作的整體水平提高也有著積極意義。

1 消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)傾斜影像系統(tǒng)構(gòu)成及影像獲得過(guò)程

1.1 消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)傾斜影像系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)人機(jī)傾斜影像系統(tǒng)是多部分構(gòu)成的，每個(gè)組成部分所發(fā)揮的作用各不相同，如：①無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)系統(tǒng)組成部分，是傾斜影像系統(tǒng)的重要構(gòu)成，該系統(tǒng)涉及飛行控制系統(tǒng)以及起飛著陸設(shè)備和發(fā)動(dòng)機(jī)等諸多部件內(nèi)容，多是采用玻璃鋼以及碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加工形成，能夠最大限度減少機(jī)體重量，提高機(jī)體強(qiáng)度，使得飛行平臺(tái)系統(tǒng)更為合理化，保障其良好性能[1]；②無(wú)人機(jī)傾斜影像系統(tǒng)中的飛行控制和導(dǎo)航系統(tǒng)是比較重要的組成部分，導(dǎo)航系統(tǒng)中飛行控制以及管理計(jì)算機(jī)等部件都是比較重要的，其主要的功能是進(jìn)行控制飛行器姿態(tài)和飛行軌跡的控制，是系統(tǒng)核心的組成，而GPS 慣性導(dǎo)航系在測(cè)定移動(dòng)。目標(biāo)空間位置以及姿態(tài)方面發(fā)揮著比較突出的作用，這是差分GPS 實(shí)時(shí)定位技術(shù)以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成；③任務(wù)設(shè)備也是系統(tǒng)重要的構(gòu)成部分，其中涉及攝影機(jī)控制系統(tǒng)以及攝影機(jī)等部件，這一部分的主要功能就是進(jìn)行采集以及存儲(chǔ)獲得航攝影響數(shù)據(jù)，從整體上提高攝影測(cè)量的質(zhì)量[2]。攝影相機(jī)的質(zhì)量性能對(duì)傾斜攝影的質(zhì)量有著直接影響，表1 為多視角航空攝影相機(jī)的參數(shù)。

1.2 消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)傾斜影像獲得的過(guò)程

消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)傾斜影像的獲得需要多個(gè)環(huán)節(jié)，這就需要保障在每個(gè)環(huán)節(jié)都要能夠控制好質(zhì)量，主要是按照任務(wù)提出-設(shè)計(jì)航線-檢查數(shù)據(jù)-影響預(yù)處理過(guò)程。無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝前需要結(jié)合作業(yè)任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃，對(duì)測(cè)區(qū)的狀況以及范圍以及選擇攝影機(jī)等都要結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行規(guī)劃，確定拍攝的時(shí)間以及無(wú)人機(jī)起降位置，保障無(wú)人機(jī)低空飛行的整體安全，將空域資源要能進(jìn)行科學(xué)運(yùn)用[3]。航攝前相關(guān)人員也要注重對(duì)航空管理部門申請(qǐng)飛行許可，沒(méi)有獲得批準(zhǔn)就要重新擬定飛行計(jì)劃。再者，就要注重在航線的設(shè)計(jì)方面加強(qiáng)重視，做好作業(yè)飛行的相應(yīng)工作任務(wù)，結(jié)合無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)以及低空數(shù)字航攝范圍，做好技術(shù)參數(shù)的設(shè)置工作，按照相應(yīng)的規(guī)定軌跡來(lái)飛行，如設(shè)置航行高度以及進(jìn)行設(shè)置像片重疊度，和航線的參數(shù)等，將地面的準(zhǔn)備工作也要積極進(jìn)行完善，選好起飛點(diǎn)進(jìn)行組裝無(wú)人機(jī)以及航攝儀，做好系統(tǒng)化的地面聯(lián)機(jī)測(cè)試的工作，結(jié)合任務(wù)要求以及各技術(shù)參數(shù)，保障前期的工作進(jìn)行完善。而在進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢查工作實(shí)施中，主要是對(duì)影像的質(zhì)量進(jìn)行檢查，對(duì)影像的清晰度以及色調(diào)的一致情況，層次是不是鮮明的等進(jìn)行質(zhì)量檢查，只有保障這些基礎(chǔ)工作方面的質(zhì)量，才能真正有助于實(shí)現(xiàn)工作的目標(biāo)[4]。

表1 無(wú)人機(jī)航空攝影相機(jī)參數(shù)

2 三維測(cè)圖技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

在無(wú)人機(jī)傾斜影像三維測(cè)圖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要從多方面加強(qiáng)質(zhì)量的控制，以下幾點(diǎn)應(yīng)用要點(diǎn)要加強(qiáng)重視：

2.1 數(shù)據(jù)信息的采集要點(diǎn)

無(wú)人機(jī)傾斜影像三維測(cè)圖技術(shù)應(yīng)用獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息時(shí)候就要加強(qiáng)重視，在對(duì)地面像控點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)過(guò)程中，就要能從多環(huán)節(jié)加強(qiáng)重視，其中外業(yè)控制點(diǎn)布設(shè)質(zhì)量控制上，就要注重按照相應(yīng)的要求原則執(zhí)行，地形的測(cè)量時(shí)候像控點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)適合大部分的測(cè)量方法以及精度要求，按照低空攝影測(cè)量的內(nèi)外業(yè)成圖精度規(guī)定，要注重在實(shí)際的布設(shè)過(guò)程中能夠在同一位置平面點(diǎn)以及高程點(diǎn)，聯(lián)測(cè)成平高點(diǎn)是比較適當(dāng)?shù)腫5]。對(duì)于像片控制點(diǎn)要注重不受單個(gè)圖幅限制，依照航線在整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一化布設(shè)，無(wú)人機(jī)獲得影像前要注重在地面設(shè)置明顯標(biāo)記，這樣能夠有助于后續(xù)的刺點(diǎn)精確，有助于提高控制點(diǎn)可靠程度。內(nèi)業(yè)控制三角測(cè)量解算和三維模型精度的檢驗(yàn)過(guò)程中，可選擇中線交叉點(diǎn)以及道路標(biāo)記線為像控點(diǎn)。

進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過(guò)程中通過(guò)無(wú)人機(jī)地面控制軟件設(shè)計(jì)航線，飛行前可在控制軟件上規(guī)劃航拍區(qū)域，并要注重設(shè)置飛行高度，將計(jì)算進(jìn)行積極優(yōu)化，對(duì)相機(jī)傾角和影響重疊度相應(yīng)參數(shù)要注重優(yōu)化，結(jié)合優(yōu)化算法的軟件應(yīng)用來(lái)生成一次正攝以及二次傾斜攝影的規(guī)劃航線，自動(dòng)預(yù)估航行的時(shí)間，按照實(shí)際的需要實(shí)現(xiàn)智能化的續(xù)飛目標(biāo)。此次進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中航飛的相對(duì)高度為110m，地面分辨率達(dá)到3.0cm，旁向重疊度76%航向重疊度80%，采集了1511 張影像。

2.2 三維模型的構(gòu)建

無(wú)人機(jī)傾斜影像三維測(cè)圖技術(shù)應(yīng)用在進(jìn)行構(gòu)建三維模型的環(huán)節(jié)時(shí)要注重積極優(yōu)化，通過(guò)全自動(dòng)迅速三維魔性的建立，運(yùn)用相應(yīng)的軟件，如ContextCapture，有著比較突出的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行構(gòu)建三維模型的過(guò)程中發(fā)揮著比較突出的優(yōu)勢(shì)，不用過(guò)多人工干預(yù)，通過(guò)二維影像的方式在空中三角量測(cè)方面能夠起到積極的促進(jìn)作用，同時(shí)也能將解算相片外方位元素的作用得以充分發(fā)揮出來(lái)，建立成比較逼真的模型。ContextCapture 軟件的實(shí)際應(yīng)用下獲得和建模要求重疊度的影像預(yù)處理，導(dǎo)入到ContextCapture 當(dāng)中，導(dǎo)入的照片數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)POS 數(shù)據(jù)，飛行區(qū)域視頻資料也能導(dǎo)入其中，這樣能夠在紋理的提取方面帶來(lái)便利。而在控制點(diǎn)的刺點(diǎn)方面，要注重設(shè)置相應(yīng)空間參考系統(tǒng)，選擇坐標(biāo)系，每個(gè)控制點(diǎn)在一個(gè)方向上3 張照片上刺出，每個(gè)控制點(diǎn)需要有15 張照片上刺出。接著在連接點(diǎn)方面是一個(gè)要點(diǎn)環(huán)節(jié)，空三加密的結(jié)果如果不是很好，要就在需要指出添加鏈接點(diǎn)。然后進(jìn)行控制三角測(cè)量，在這一環(huán)節(jié)要設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，自動(dòng)化地估算影像位置，從這些基礎(chǔ)層面就能為建模打下基礎(chǔ)。

挑選相應(yīng)數(shù)量野外控制點(diǎn)匹配運(yùn)算?？罩腥堑臏y(cè)量方面在ContextCapture 的軟件應(yīng)用下就能進(jìn)行加載測(cè)量區(qū)域的影像，給定控制點(diǎn)，軟件應(yīng)用下能夠?qū)崿F(xiàn)各模型空間公共光纖最佳交會(huì)，從而能夠?qū)⒄w區(qū)域歸入地面坐標(biāo)當(dāng)中，恢復(fù)地物空間的關(guān)系。再者就影像進(jìn)行密集匹配的過(guò)程中，通過(guò)ContextCapture 的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)影像同名點(diǎn)自動(dòng)化匹配，將地物的細(xì)節(jié)進(jìn)行清晰的表達(dá)，從而就能有助于提取多特征密集點(diǎn)云。進(jìn)行設(shè)置建模區(qū)域的時(shí)候，會(huì)涉及比較多的運(yùn)算，生成的瓦片數(shù)據(jù)可能會(huì)對(duì)建模的質(zhì)量產(chǎn)生影響，這就需要結(jié)合電腦性能進(jìn)行設(shè)置瓦片分區(qū)，只有從這些基礎(chǔ)層面得到了強(qiáng)化，才能有助于建模的質(zhì)量得以有效控制。

2.3 無(wú)人機(jī)傾斜影像三維測(cè)圖實(shí)施

無(wú)人機(jī)傾斜影響三維測(cè)圖技術(shù)的應(yīng)用中在建立三維模型后就要注重從后續(xù)的三維測(cè)圖的工作方面加強(qiáng)質(zhì)量控制，通過(guò)選擇智能三維測(cè)圖系統(tǒng)加以科學(xué)運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)地形圖測(cè)量的工作，在操作上較為簡(jiǎn)單化。通過(guò)建立項(xiàng)目導(dǎo)入三維的模型，然后進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，操作人員在模型的基礎(chǔ)上將點(diǎn)線面進(jìn)行采集，依照?qǐng)D層附屬信息進(jìn)行設(shè)定。內(nèi)業(yè)的采集編輯后就要做好確認(rèn)屬性以及對(duì)遮擋部分內(nèi)容做好外業(yè)的調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)的工作。另外，就要做好相應(yīng)的精度分析，將成果完成后通過(guò)人機(jī)交互檢查的方式做好試驗(yàn)區(qū)域的測(cè)圖成果質(zhì)量檢查，從幾個(gè)方面要加強(qiáng)重視，實(shí)景的三維模型精度的驗(yàn)證是重要的內(nèi)容，三維模型在生成后，把沒(méi)有參與到空中三角測(cè)量像控點(diǎn)為模型檢核點(diǎn)，進(jìn)行構(gòu)建三維的模型精度，將相應(yīng)的檢查結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)。還要注重將測(cè)土的成果精讀進(jìn)行有效驗(yàn)證，選擇相應(yīng)的地物要素，通過(guò)GNSSRTK測(cè)量方式進(jìn)行采集檢查點(diǎn)坐標(biāo)以及和測(cè)圖的成果做好比較。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上言之，當(dāng)前我國(guó)在無(wú)人機(jī)的技術(shù)發(fā)展方面有著長(zhǎng)足的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維測(cè)圖技術(shù)的運(yùn)用能夠從整體上提高測(cè)圖的質(zhì)量和效率，這對(duì)我國(guó)這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展進(jìn)步也能起到積極的促進(jìn)作用。