無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在大比例地形測(cè)繪中的應(yīng)用

江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六五大隊(duì)

一、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的概念

（一）傾斜攝影測(cè)量簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的五個(gè)鏡頭，分別從垂直與傾斜的角度，對(duì)目標(biāo)正中物及其前、后、左、右五個(gè)方向采集影像數(shù)據(jù)，在拍攝過(guò)程中無(wú)人機(jī)的航速、航高、航向等信息會(huì)被記錄，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)軟件進(jìn)行分析處理，進(jìn)而建立三維模型。無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，大大促進(jìn)了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。多角度拍攝的影像可以幫助測(cè)繪人員獲取更多的地形信息，遮擋物對(duì)測(cè)繪工作的影像被明顯弱化，使得構(gòu)建三維模型的工作能夠更好地進(jìn)行。傾斜攝影技術(shù)在不但大比例尺地形圖的制作中得到廣泛使用，在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用需求量。

（二）無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的優(yōu)勢(shì)與局限性

相比于傳統(tǒng)測(cè)量方法，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量有著較大的優(yōu)勢(shì)。最為明顯的是成本低、效率高，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量不需使用大量外業(yè)人員，使用無(wú)人機(jī)航拍獲取影像數(shù)據(jù)效率頗高，如使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠快速構(gòu)建三維模型，省去了傳統(tǒng)測(cè)繪方法中的屋檐改正、層數(shù)調(diào)繪等工作，既節(jié)省大量時(shí)間成本又減少了大量的人力成本，且面對(duì)一些傳統(tǒng)測(cè)量方法難以測(cè)量的地形，或是野外無(wú)法測(cè)量的地域，無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量具有傳統(tǒng)測(cè)量方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)也有著一定的局限性。無(wú)人機(jī)搭載的五鏡頭相機(jī)所獲取的地面目標(biāo)物的姿態(tài)數(shù)據(jù)并不完全精確，與真實(shí)曝光時(shí)pos數(shù)據(jù)存在著一定的差值，且該相機(jī)的拍攝范圍較小，在進(jìn)行大比例地形的測(cè)繪作業(yè)時(shí)，需要獲取的數(shù)據(jù)較多，因此相片數(shù)量將會(huì)很大，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理很依賴(lài)處理軟件的性能，且需要配置多名內(nèi)業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。另外，受無(wú)人機(jī)載重量等因素制約，其上搭載的相機(jī)并非專(zhuān)業(yè)的量測(cè)用相機(jī)，存在著鏡頭畸變的現(xiàn)象。

二、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量誤差分析

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)中，誤差的主要來(lái)源有以下幾種：①影像質(zhì)量。無(wú)人機(jī)在飛行的過(guò)程中，由于機(jī)身的震動(dòng)及飛行過(guò)程中相機(jī)擺動(dòng)等原因，導(dǎo)致相機(jī)在曝光時(shí)被拍攝物與感光元件的相對(duì)位置發(fā)生改變，最終導(dǎo)致影像模糊的現(xiàn)象，此現(xiàn)象被稱(chēng)為影像位移，使影像質(zhì)量降低。②鏡頭畸變。前文中有所提及，無(wú)人機(jī)搭載的五鏡頭相機(jī)并非專(zhuān)業(yè)的量測(cè)相機(jī)，存在光學(xué)畸變情況，畸變的來(lái)源主要為三個(gè)方面：鏡頭的光學(xué)誤差、A/D轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的電學(xué)誤差以及鏡頭機(jī)械誤差。③相片重疊度。相片重疊度即無(wú)人機(jī)攝影過(guò)程中，對(duì)相鄰區(qū)域進(jìn)行攝影時(shí)對(duì)應(yīng)同一部分的地面影像的多少，航向重疊度越低，該影像越少則相片重疊度越低，那么對(duì)應(yīng)地面的共有信息就越少，因此在對(duì)同名點(diǎn)進(jìn)行匹配時(shí)，產(chǎn)生的同名點(diǎn)共線方程就會(huì)更少，所求得的物方坐標(biāo)誤差就越高。在低空數(shù)字航空攝影規(guī)范中，規(guī)定航向重疊度一般應(yīng)為60%～80%，最小不小于53%；旁向重疊度一般應(yīng)為15%～60%，最小不小于8%。在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量中，規(guī)范內(nèi)的旁向重疊度并不足以建立足夠精確的三維模型，在實(shí)際操作中，應(yīng)當(dāng)將旁向重疊度設(shè)置在75%以上。

三、無(wú)人機(jī)傾斜攝影在大比例地形測(cè)繪中的應(yīng)用要點(diǎn)

（一）關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：①空中三角測(cè)量?？罩腥菧y(cè)量是通過(guò)前方交會(huì)與后方交會(huì)，以較少的控制點(diǎn)坐標(biāo)為條件，對(duì)未知點(diǎn)坐標(biāo)與影像的外方位元素進(jìn)行求解，用于模型定向及后續(xù)測(cè)繪產(chǎn)品生成。②影像匹配。影像匹配是在不同相片之間建立連接關(guān)系，對(duì)所拍攝的相片通過(guò)建立特征關(guān)系來(lái)進(jìn)行整合。影像匹配會(huì)獲取大量同名點(diǎn)，而同名點(diǎn)是參與空三測(cè)量的關(guān)鍵因素，因此影像匹配的精度對(duì)空三測(cè)量精度有著直接的影響。③密集匹配。密集匹配旨在生成密集點(diǎn)云，一般使用多視影像密集匹配技術(shù)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影使用的多角度拍攝會(huì)產(chǎn)生許多點(diǎn)云信息，其中的冗余信息可以起到糾正錯(cuò)誤匹配的效果，進(jìn)而使獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)更加精確，此外多視角的拍攝對(duì)于拍攝盲區(qū)的特征能夠起到較好的彌補(bǔ)效果。

（二）地形圖成圖精度

當(dāng)三維模型的精度符合地形圖生成的要求時(shí)，三維模型地形圖繪制精度體現(xiàn)為同一點(diǎn)在三維模型之上的重復(fù)測(cè)量值之間的吻合程度，也可認(rèn)為是各測(cè)量值與中值的相近程度。重復(fù)測(cè)量值的吻合度越高，則精度越高；重復(fù)測(cè)量值越分散，則精度越低。有兩種方法可以用于分析以三維模型為地圖繪制而出的地形圖的精度，一是利用傳統(tǒng)測(cè)量方法繪制的地形圖與前者進(jìn)行對(duì)比分析，二是利用地物檢查點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分析。若繪制的地形圖精度不夠，則需分析誤差來(lái)源，進(jìn)行矯正。

（三）利用三維模型繪制地形圖精度控制措施

首先，對(duì)地物進(jìn)行識(shí)別。在正攝影像中地物被遮擋而無(wú)法進(jìn)行清晰識(shí)別時(shí)，應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)三維模型觀察被遮擋地物以進(jìn)行辨認(rèn)。其次，結(jié)合二維模型與三維模型進(jìn)行地形圖繪制，此措施目的是在正攝影像中獲取一點(diǎn)平面坐標(biāo)的同時(shí)，在三維模型中獲取其高程坐標(biāo)，這樣繪制的地形圖精度比單純?cè)谌S模型中繪制的地形圖精度更高。此外，應(yīng)當(dāng)為地形圖中的地物、地形添加屬性，例如房屋層數(shù)等?？偟膩?lái)說(shuō)，二維正攝影像所獲取的平面精度更高，三維模型下能夠繪制出正攝影響難以識(shí)別的地物以及被遮擋的地物。

四、總結(jié)

綜上所述，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一項(xiàng)近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)較為明顯，在成本上以及效率上都勝過(guò)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，將其應(yīng)用在大比例地形圖的測(cè)繪中能夠縮短工期、降低成本，并提高地形圖的成圖精度，但該技術(shù)仍有一定的局限性以及使用時(shí)需注意的地方，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行充分的了解。