無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用

姜統(tǒng)民

摘要：隨著無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，它以其獲取地面信息快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大比例尺地形圖測繪工程中。它為大比例尺地形圖測繪項(xiàng)目提供了滿足精度要求的信息數(shù)據(jù)，有效地解決了傳統(tǒng)測繪領(lǐng)域工作量大、工程造價(jià)高、效率低、工作周期長的問題，進(jìn)一步提高了大比例尺地形圖測繪的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜;攝影測量技術(shù);測繪工程;的應(yīng)用

導(dǎo)言：在21世紀(jì)的現(xiàn)代社會，無論是人們的日常生活還是各行各業(yè)的發(fā)展都受到了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的深刻影響，產(chǎn)生了重大而深遠(yuǎn)的變化。其中，傾斜攝影測量是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一門重要科學(xué)技術(shù)。它是通過同一飛行平臺配備多個(gè)傳感器同步采集圖像，獲取實(shí)物信息，廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的諸多領(lǐng)域，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。隨著傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，對航空攝影的效率、清晰度、分辨率等方面提出了更高的要求，推動了傾斜攝影測量技術(shù)的創(chuàng)新和向無人機(jī)傾斜攝影測量的轉(zhuǎn)變。無人機(jī)傾斜攝影測量的出現(xiàn)，極大地拓展了攝影測量的應(yīng)用范圍。

1無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是在無人機(jī)上搭載影像采集傳感器， 并且同時(shí)從垂直和4個(gè)傾斜的方向采集出5個(gè)不同角度的影像， 拍攝出一個(gè)真實(shí)直觀的世界。伴隨著無人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展， 相關(guān)行業(yè)對無人機(jī)所具備的垂直攝影技能和傾斜攝影技能進(jìn)行廣泛使用。通過對無人機(jī)的這2種技術(shù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)， 無人機(jī)傾斜技術(shù)可以在各種角度獲取高分辨率的影像信息， 還能自動生成數(shù)字三維模型， 并非常廣泛地應(yīng)用到城市管理、應(yīng)急救災(zāi)搶險(xiǎn)和建設(shè)智慧數(shù)字城市過程中。對比傳統(tǒng)正射攝影測量技術(shù)， 再也不用佩戴立體觀測眼鏡開展測圖工作。

2傾斜攝影測量原理及特點(diǎn)

2.1 傾斜攝影測量原理

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的原理就是在無人機(jī)飛行平臺上， 通過多個(gè)數(shù)碼相機(jī)， 以垂直或者傾斜等多種角度來對地物進(jìn)行拍攝。而在拍攝過程中， 比較常用的五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)充分結(jié)合了無人機(jī)平臺的GPS/IMU系統(tǒng)， 由此來獲得POS數(shù)據(jù)以及相關(guān)圖像控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)， 然后再通過相應(yīng)軟件來對數(shù)字表明模型和數(shù)字正攝影圖像和3D模型進(jìn)行有效地處理。

2.2 傾斜攝影測量技術(shù)特點(diǎn)

一是圖像的立體效果更逼真，人的感知能反映在更逼真的狀態(tài);其次，可以為建模提供更真實(shí)、更豐富的紋理信息;三是能夠全面實(shí)現(xiàn)高精度測量。另外，無人機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)低空遙感作業(yè)，不僅操作相對簡單，而且操作性較強(qiáng)，圖像采集周期大大縮短。由此我們可以看出，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)獲取真實(shí)的三維模型，同時(shí)利用矢量制圖平臺獲取地形圖所需的相關(guān)要素，可以大大改變傳統(tǒng)測量技術(shù)的缺點(diǎn)，在很大程度上提高了測量的效率和質(zhì)量。為工程建設(shè)的順利開展提供了更有效的數(shù)據(jù)支持。

2.3傾斜攝像機(jī)性能要求

在傾斜攝影測量系統(tǒng)中，鏡頭的數(shù)量和種類很多，不僅是多鏡頭，單鏡頭也可以從不同角度獲取圖像，可以實(shí)現(xiàn)單架次作業(yè)的廣度和深度。一般無人機(jī)進(jìn)行航測時(shí)，其像素控制在3600萬（全畫幅）以上。由于傾斜攝影技術(shù)控制一次曝光獲得的圖像像素，因此在測量過程中單個(gè)相機(jī)的像素不能固定，但是工作時(shí)間、電池壽命、曝光功能和圖像采集功能都會受到限制，盡管由于成本的原因，設(shè)備曝光可以得到更好更高的像素，需要適當(dāng)控制。一般情況下，單個(gè)鏡頭的像素應(yīng)該控制在2400萬以上，曝光的像素也應(yīng)該控制在1.2億。另外，為了滿足特定條件下的測量需要，相機(jī)的工作時(shí)間應(yīng)控制在90分鐘以上，并應(yīng)保證能夠全天工作。目前隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)可以給相機(jī)供電，大大提高了作業(yè)效率，而且具有曝光時(shí)間短功能的相機(jī)更能完全滿足影響重疊的具體要求。

3無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用

3.1 航線設(shè)計(jì)

由于無人機(jī)傾斜攝影具有多角度的特點(diǎn)，因此，通過對無人機(jī)飛行高度、鏡頭焦距、攝影傾斜的角度以及鏡頭的分辨率等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，從而為航線設(shè)計(jì)工作提供幫助。

3.2地面觀測

地面觀測是測繪工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。地面觀測環(huán)節(jié)不僅需要觀測地面的平面特征，還需要觀測地面的狀態(tài)、地面上的物體以及起伏地面的高差。然而，傳統(tǒng)的正射影像只能從頂部獲取信息，很難觀測到與地面高度有關(guān)的數(shù)據(jù)。傾斜攝影測量技術(shù)可以通過多角度攝影獲得地面高度變化的信息。這種高差信息可以幫助測量人員對地面不同高度的目標(biāo)進(jìn)行分析，使分析結(jié)果更加詳細(xì)，提高測繪分析水平。

3.3 GPS部署

GPS布設(shè)是測繪工程中的一個(gè)關(guān)鍵問題。通過GPS布設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)攝像頭數(shù)據(jù)的同步，提高工作效率，這對GPS布設(shè)的精度提出了更高的要求。另外，GPS布設(shè)完成后，需要接收信號，這是在GPS布設(shè)的基礎(chǔ)上完成的，以便接收來自無人機(jī)的測繪數(shù)據(jù)。在接收到信號之前，必須確保無人機(jī)的電源充足。然而，由于信息密度有限，傳統(tǒng)的正射影像方法需要拍攝更大面積的目標(biāo)，延長了拍攝時(shí)間，對無人機(jī)的供電提出了更高的要求[3]。傾斜攝影可以通過各種攝影模塊在較少的拍攝時(shí)間內(nèi)完成多角度攝影，縮短了攝影所需的時(shí)間。這樣可以降低無人機(jī)的供電壓力，擴(kuò)大無人機(jī)的拍攝范圍，提高GPS部署效率。

3.4數(shù)據(jù)處理

在無人機(jī)拍攝后，有必要對拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為后續(xù)的工作打下基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的攝影技術(shù)相比，傾斜攝影技術(shù)可以從多個(gè)角度獲取被測目標(biāo)的信息，增加了數(shù)據(jù)處理的工作量。多角度數(shù)據(jù)可以為數(shù)據(jù)處理工作提供更多的參考，從而提高數(shù)據(jù)處理工作的效率。

另外，裝備傾斜攝影測量技術(shù)的無人機(jī)一般都配備了預(yù)處理系統(tǒng)。無人機(jī)的預(yù)處理系統(tǒng)可以在完成攝影后對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單地處理。預(yù)處理系統(tǒng)可以消除采集數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)，從而降低POS后數(shù)據(jù)處理的難度，提高數(shù)據(jù)處理的速度和精度。

3.5質(zhì)量控制

與傳統(tǒng)的垂直攝影技術(shù)相比，傾斜攝影測量技術(shù)不僅具有更多的信息量，而且具有更好的質(zhì)量控制，對高精度測繪有很大的幫助。傾斜攝影測量的質(zhì)量控制主要包括兩部分，一部分是數(shù)據(jù)采集過程中的質(zhì)量控制，另一部分是數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量控制。

3.5.1 數(shù)據(jù)獲取中的質(zhì)量控制

無人機(jī)在攝影中需要取得大量的數(shù)據(jù)，因此，決定數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量的影響因素很多，例如，攝影的時(shí)間、傾斜攝影的角度、攝影的高度、照片質(zhì)量等。而傾斜攝影的方式可以將不同角度下所拍攝的影像進(jìn)行比對，通過對不同角度下影像的重疊度進(jìn)行分析，可以有效地保證測繪工程中無人機(jī)成像的質(zhì)量。同時(shí)，結(jié)合預(yù)先設(shè)計(jì)好的航線，可以最大限度地保證所拍攝的影像的質(zhì)量，在所拍攝的影像不符合測繪的要求時(shí)，可以及時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)拍，從而減小測繪工程中的誤差。

3.5.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

數(shù)據(jù)質(zhì)量是決定測繪工程水平的關(guān)鍵，當(dāng)無人機(jī)拍攝完畢后，需要借助POS對其所拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便對數(shù)據(jù)不連續(xù)的部分進(jìn)行補(bǔ)全。而傾斜攝影在提升數(shù)據(jù)處理質(zhì)量方面具有天然的優(yōu)勢，傾斜攝影方式獲得的數(shù)據(jù)信息更加全面，因此，數(shù)據(jù)不連續(xù)的部分較少;同時(shí)信息密度較大的數(shù)據(jù)也可以顯著提升數(shù)據(jù)補(bǔ)全工作的效率。

結(jié)束語

總之， 與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比， 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)具有非常顯著的優(yōu)勢， 其不僅影像的清晰度高， 而且所出的模型也更精細(xì)和真實(shí)， 因此能夠更好地滿足工程項(xiàng)目對建筑模型的需要。在三維模型構(gòu)建完成以后， 技術(shù)人員還可以將其與地下管線工程進(jìn)行有效地結(jié)合， 通過GIS、可視化以及三維仿真技術(shù)來對已建設(shè)完成的地下空間進(jìn)行查詢和展示， 由此來為工程建設(shè)提供更加精確的數(shù)據(jù)資料。

參考文獻(xiàn)

[1]譚仁春， 李鵬鵬， 文琳， 潘澄.無人機(jī)傾斜攝影的城市三維建模方法優(yōu)化[J].測繪通報(bào)， 2016 （11） ：39-42.

[2]孫亮， 夏永華.基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測繪大比例尺地形圖的可行性研究[J].價(jià)值工程， 2017， 36 （8） ：209-212.

[3]趙宏， 杜明成， 吳俐民， 勾威， 鄭瑩崗， 趙雷， 靳曉蘭.基于傾斜攝影測量技術(shù)的智慧城市5D產(chǎn)品制作工藝實(shí)現(xiàn)[J].測繪工程， 2016， 25 （9） ：73-76.

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