無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在工程測(cè)量中的應(yīng)用

韋國(guó)利

桂林市測(cè)繪研究院 廣西 桂林 541001

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)是在無(wú)人機(jī)上安裝以及搭載多個(gè)傳感器的方式,可以從多個(gè)角度來(lái)進(jìn)行區(qū)域拍攝和測(cè)量。在無(wú)人機(jī)的技術(shù)不斷發(fā)展過(guò)程中,其傾斜攝影技能也被運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域。傾斜攝影技術(shù),也就是在多個(gè)角度來(lái)提供更高分辨率的影像技術(shù)信息,從而能建立起三維模式的數(shù)字模型,在進(jìn)行城市建設(shè)、山地測(cè)繪發(fā)揮著重要的作用,并且與傳統(tǒng)垂直攝影技術(shù)比較,通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影在進(jìn)行測(cè)圖工作過(guò)程中可以不再佩戴立體觀測(cè)眼鏡。對(duì)于工作人員而言有方便快捷。當(dāng)無(wú)人機(jī)在使用傾斜攝影進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程是通過(guò)將各個(gè)攝影點(diǎn)進(jìn)行前視、后視、右視、左視以垂直等五個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量,如此就能有效生成一個(gè)三維實(shí)景模型,通過(guò)分析整理、計(jì)算就能很快得到地理位置、地勢(shì)情況以及縱橫斷面等各方面地域特征。然而在以往的測(cè)量方式和方法,僅僅將各攝站點(diǎn)中心投影影像進(jìn)行整合處理,由此生成正射的影像,但是如何有效分析出地物具體情況還是非常有限的。兩者進(jìn)行比較,無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量可以有效生成正射影像,同時(shí)還能對(duì)于多個(gè)比例尺進(jìn)行測(cè)制,建立事物三維圖像,對(duì)于地物有一個(gè)全面的展示,還可以計(jì)算出地物的縱橫斷面,為方便研究地物的全方位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),更好地發(fā)揮其測(cè)量作用。

2 無(wú)人機(jī)傾斜角度攝影的原理、運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

2.1 無(wú)人機(jī)傾斜角度攝影的原理分析 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是在無(wú)人機(jī)上面,來(lái)進(jìn)行安裝多臺(tái)數(shù)碼相機(jī),那么相機(jī)則可以從多個(gè)角度來(lái)進(jìn)行收集具有高分辨率的圖像,這種技術(shù)是建立在五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)權(quán)利進(jìn)行處理,同時(shí)也所采集的數(shù)據(jù)以及像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),在根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算和相關(guān)軟件得到數(shù)字表面的模型以及三維正射模型。

2.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢(shì)

2.2.1 獲取多角度的信息 在傳統(tǒng)的攝影技術(shù)條件下,只能獲取到垂直攝影一個(gè)角度攝影,因此,對(duì)于地物的其他角度的形狀不甚了了解,那么在進(jìn)行測(cè)算過(guò)程中單憑一方面的圖形是很難對(duì)地物進(jìn)行全方面的了解。然而通過(guò)引入無(wú)人機(jī)傾斜攝影,有效解決這方面的問(wèn)題,這種方式可以得目標(biāo)的各個(gè)側(cè)面信息,在通過(guò)綜合分析的方式,有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)垂直攝影的缺失。在多個(gè)角度獲取到的測(cè)繪圖形,那么就能利用三維立體的計(jì)算模型進(jìn)行搭建,更好地促進(jìn)測(cè)量工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),提高測(cè)繪信息的水平和質(zhì)量。

2.2.2 對(duì)于待測(cè)的目標(biāo)還原度高 在進(jìn)行待測(cè)的目標(biāo)還原過(guò)程中要堅(jiān)持按照步驟進(jìn)行,為后續(xù)項(xiàng)目的跟進(jìn)有很好的指導(dǎo)價(jià)值。然而在傳統(tǒng)的垂直攝影技術(shù)條件下只能獲取單方面的地理信息,在進(jìn)行還原工作存在很大的困難,然而通過(guò)運(yùn)用到無(wú)人機(jī)傾斜攝影就能獲取多方面的信息,對(duì)待測(cè)的目標(biāo)物進(jìn)行多角度、側(cè)面角度等信息的收集,能更好地還原待測(cè)目標(biāo)的工作。

2.2.3 待測(cè)目標(biāo)成像更清晰 在無(wú)人機(jī)傾斜攝影過(guò)程中,由于其具有攝影的功能,因此要搭載多頭攝像頭,同時(shí)在進(jìn)行拍攝過(guò)程中分辨率更高,那么對(duì)于目標(biāo)地的各種紋路能更好地呈現(xiàn)反饋,與此同時(shí),這對(duì)待測(cè)地的周圍環(huán)境成像也是非常清晰的。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的具體應(yīng)用

3.1 在航線設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用 無(wú)人機(jī)傾斜攝影與垂直攝影相比,具有多角度采集影像數(shù)據(jù)的特征,因此,其可以展開(kāi)對(duì)無(wú)人機(jī)的鏡頭和待測(cè)目標(biāo)距離、飛行高度等方面數(shù)據(jù)的計(jì)算,有利于提高計(jì)算的準(zhǔn)確性,讓航線設(shè)計(jì)工作有了新的指導(dǎo)方向,提高了航線設(shè)計(jì)的工作效率。

3.2 在地面觀測(cè)方面的應(yīng)用 在測(cè)量工程中,地面觀測(cè)是其重要的工作環(huán)節(jié)之一。進(jìn)行地面觀測(cè)時(shí),不僅需要對(duì)地面的平面特征進(jìn)行觀測(cè),還需要對(duì)地面的狀態(tài)、存在的目標(biāo)等進(jìn)行觀測(cè)。傳統(tǒng)的垂直攝影在觀測(cè)時(shí),往往只能從頂部入手,而無(wú)法觀測(cè)到其他的信息,如與地面高度方面的信息。傾斜攝影技術(shù)的多角度拍攝特征,可以獲知地面高度的變化。這些信息對(duì)于測(cè)繪人員來(lái)說(shuō)具有重要的作用,通過(guò)為其提供高度信息,可以使測(cè)繪人員對(duì)地面不同高度的目標(biāo)分析更為準(zhǔn)確,也有利于提高其測(cè)繪分析的效率。

3.3 在GPS布設(shè)方面的應(yīng)用 在測(cè)量工程中,GPS布設(shè)也是其中關(guān)鍵的一環(huán),有利于實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)攝像數(shù)據(jù)的同步,是提高工作效率和效果的重要途徑。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),就需要對(duì)GPS布設(shè)的精度有著嚴(yán)格要求。在完成GPS布設(shè)后,接下來(lái)要做的工作便是接收信號(hào),可以說(shuō)信號(hào)接收是在完成GPS布設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,目的在于更順暢地接收測(cè)繪方面的數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)在接收信號(hào)前,首先應(yīng)保障其具有充足的供電,對(duì)于傳統(tǒng)的垂直攝影方式而言,由于得到信息密度較低,需要擴(kuò)大面積來(lái)完成對(duì)待測(cè)目標(biāo)的攝影,無(wú)疑會(huì)延長(zhǎng)攝影時(shí)間,因而需要無(wú)人機(jī)擁有更充足的供電。傾斜攝影是以多種攝影模組的形式存在的,可以用更少的拍攝次數(shù)來(lái)進(jìn)行多角度的拍攝,大大縮短了攝影工作時(shí)間,能夠有效降低無(wú)人機(jī)在供電方面的壓力,擴(kuò)大其攝影工作的范圍,讓GPS布設(shè)的工作效率提高到一個(gè)新的等級(jí)。

3.4 在數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用 無(wú)人機(jī)在攝影完成后,需要對(duì)攝影采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,從而為后續(xù)工作的順利開(kāi)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。傾斜攝影技術(shù)與傳統(tǒng)攝影技術(shù)相比,能夠從多個(gè)角度來(lái)獲取等待測(cè)試目標(biāo)的信息,有效增加了數(shù)據(jù)處理的維度,獲得更多的參考信息,大大提高了數(shù)據(jù)處理工作的效率和效果。此外,由于傾斜攝影技術(shù)搭載了預(yù)處理系統(tǒng),可在攝影完成后利用這一處理系統(tǒng)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理,一些無(wú)效的數(shù)據(jù)能被有效剔除,大大提高了POS數(shù)據(jù)處理效率,使其精度和速度都提升到了一個(gè)新的高度。具體來(lái)說(shuō),無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理使用的軟件共包括兩類,分別為Smart3D4.4.9、EPS2016三維測(cè)圖軟件。這兩種軟件具有不同的工作原理,如Smart3D軟件構(gòu)建三維實(shí)景的模型和測(cè)區(qū)正射影像的數(shù)據(jù)來(lái)源于無(wú)人機(jī)影像；EPS2016三維測(cè)圖軟件則是根據(jù)測(cè)區(qū)正射影像、三維實(shí)景模型來(lái)進(jìn)行三維的測(cè)圖。相關(guān)工作者在處理無(wú)人機(jī)的影像前,首先要做的是對(duì)采集到的影像數(shù)據(jù)的處理工作,如篩選、剔除,將曝光度較高、成像模糊或重復(fù)的影像進(jìn)行刪除處理,否則Smart3D軟件的處理工作將無(wú)法順利完成；其次,便是對(duì)像控點(diǎn)的處理,可將其刺在影像上,并對(duì)空中的三角測(cè)量加以處理。在進(jìn)行這部分工作時(shí),由于POS數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)寫進(jìn)影像中,因此處理時(shí)無(wú)須再將POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入,而是處理完像控點(diǎn)之后就可以進(jìn)行空中三角測(cè)量的處理。此外,還可以從工程的實(shí)際需要出發(fā),來(lái)對(duì)Smart3D軟件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,軟件便會(huì)自動(dòng)構(gòu)建；最后,利用EPS2016軟件讓二三維聯(lián)動(dòng)起來(lái)對(duì)地形圖進(jìn)行繪制。這樣的測(cè)量方法能夠提高測(cè)量的精度,降低地理環(huán)境對(duì)其的影響,提高其數(shù)據(jù)處理效率。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程

3.5 在質(zhì)量控制方面的應(yīng)用 傾斜攝影技術(shù)的信息來(lái)源更加豐富,這對(duì)于提高質(zhì)量控制效率來(lái)說(shuō)具有重要的作用,同時(shí)也是提高測(cè)繪精度的重要途徑。傾斜攝影的質(zhì)量控制主要包括：在數(shù)據(jù)獲取中的質(zhì)量控制、對(duì)數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量控制。

3.5.1 數(shù)據(jù)獲取控制 無(wú)人機(jī)在攝影中獲得的數(shù)據(jù)較多,影響數(shù)據(jù)獲取的因素眾多,如攝影時(shí)間、角度、高度等。傾斜攝影技術(shù)由于能夠從不同的角度來(lái)拍攝,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行對(duì)比、分析,可以大大提高測(cè)量工程中的無(wú)人機(jī)成像質(zhì)量。與此同時(shí),通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)航線,保障了所拍攝的影像質(zhì)量,當(dāng)其不符合測(cè)量方面的要求時(shí),可以通過(guò)補(bǔ)拍的方式,來(lái)降低測(cè)量工程工作中的誤差。

3.5.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于測(cè)量工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,是決定其水平高度的重要因素。當(dāng)無(wú)人機(jī)在拍攝完成后,POS可對(duì)GPS數(shù)據(jù)和拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析,在此過(guò)程中,一些不連續(xù)的數(shù)據(jù)能夠得到有效的補(bǔ)充。傾斜攝影可以大大提高數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量,可以使相關(guān)的數(shù)據(jù)信息更全面、更精確,因此,數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)垂直攝影技術(shù)相比,出現(xiàn)的不連續(xù)數(shù)據(jù)較少。與此同時(shí),由于信息密度較大,也會(huì)大大提高數(shù)據(jù)補(bǔ)全工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)作為一種新型技術(shù),在現(xiàn)代測(cè)量中發(fā)揮著重要的作用。本文對(duì)其具體應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)探究。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用,具體體現(xiàn)在航線設(shè)計(jì)、地面觀測(cè)、GPS布設(shè)、數(shù)據(jù)處理以及質(zhì)量控制等方面。傾斜攝影無(wú)人機(jī)以搭載的多組鏡頭優(yōu)勢(shì),可以對(duì)需要測(cè)定的目標(biāo)進(jìn)行多角度的拍攝,在提升信息密度的同時(shí),也能使呈現(xiàn)的影像更為立體和直觀。