無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

王淼

摘要：隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的不斷成熟，利用其快速、準(zhǔn)確獲取地物信息的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于大比例尺地形圖測(cè)繪工程中。它能為大比例尺地形圖測(cè)繪項(xiàng)目提供滿足精度要求的信息數(shù)據(jù)，有效地解決了傳統(tǒng)測(cè)繪工作量大、工程造價(jià)高、效率低、作業(yè)周期長(zhǎng)等問題，提高了大比例尺地形圖的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);斜攝影;測(cè)繪工程;應(yīng)用

導(dǎo)言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們的生活發(fā)生了很大的變化，各行各業(yè)也有了很大的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，斜角攝影測(cè)量是一種測(cè)量技術(shù)，通過在一個(gè)飛行平臺(tái)上搭載多個(gè)傳感器，可以有效地實(shí)現(xiàn)同步碰撞采集，從而獲得更真實(shí)、更準(zhǔn)確的地面信息數(shù)據(jù)，由于它在測(cè)量工程特別是建筑業(yè)中發(fā)揮了非常顯著的優(yōu)勢(shì)，隨著攝影測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，對(duì)其清晰度和分辨率提出了更高的要求。無(wú)人機(jī)攝影的出現(xiàn)很好地實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，不僅提高了攝影效率，而且大大提高了清晰度和分辨率，為我國(guó)的測(cè)量事業(yè)做出了積極貢獻(xiàn)。因此，本文主要分析無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用。

1傾斜攝影原理及特點(diǎn)

1.1斜攝影原理

無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)的原理是通過多個(gè)數(shù)碼相機(jī)在無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)上，以垂直或傾斜等不同角度對(duì)地面物體進(jìn)行拍攝。在拍攝過程中，常用的五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)充分結(jié)合無(wú)人機(jī)平臺(tái)的GPS/IMU系統(tǒng)獲取POS數(shù)據(jù)和相關(guān)圖像控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后通過相應(yīng)的軟件對(duì)數(shù)字顯示模型、數(shù)字正射影像和3D模型進(jìn)行有效處理。

1.2斜向攝影測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)

一是圖像的立體效果更加逼真，可以將人的感知反映在更加逼真的狀態(tài);二是為建模提供的紋理信息更加逼真和豐富;三是可以充分實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。另外，無(wú)人機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)低空遙感作業(yè)，不僅操作相對(duì)簡(jiǎn)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(wú)人機(jī)攝影技術(shù)獲取真實(shí)的三維模型，同時(shí)利用矢量制圖平臺(tái)獲取地形圖所需的相關(guān)要素，可以大大改變傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的缺點(diǎn)，在很大程度上提高了測(cè)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。

1.3傾斜相機(jī)的性能要求

在傾斜攝影系統(tǒng)中，有許多鏡頭類型，不僅有多鏡頭，也有單鏡頭。它能從不同角度獲取圖像，并能實(shí)現(xiàn)單次操作的廣度和深度。一般情況下，無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中測(cè)量時(shí)，其像素控制在3500萬(wàn)以上。由于傾斜攝影技術(shù)控制從一次曝光中獲取圖像的像素，因此在測(cè)量過程中不可能固定單個(gè)相機(jī)的像素，但是工作時(shí)間、電池壽命、曝光功能和圖像獲取都會(huì)受到限制，盡管設(shè)備曝光可以獲得更好更高的像素，由于成本問題，需要適當(dāng)控制。一般來說，單個(gè)鏡頭的像素控制在2000萬(wàn)以上，而一次曝光的像素控制在1億。另外，為了滿足一定條件下的測(cè)量需要，攝像機(jī)的工作時(shí)間應(yīng)控制在90分鐘以上，并應(yīng)保證其能晝夜工作。只有具有曝光功能的相機(jī)才能完全滿足影響重疊的具體要求。

2無(wú)人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢(shì)

2.1信息可以從多個(gè)角度獲得

由于單頭和多頭相機(jī)的結(jié)合，無(wú)人機(jī)傾斜攝影與傳統(tǒng)攝影技術(shù)相比具有多角度圖像采集和目標(biāo)定位的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)通過對(duì)目標(biāo)圖像的全方位觀察，彌補(bǔ)了正射影像的不足。通過對(duì)圖像側(cè)面信息的快速獲取，改進(jìn)了正射影像的直接獲取。它廣泛應(yīng)用于測(cè)繪工程中的三維測(cè)量，有效地降低了測(cè)繪工程的成本。

2.2無(wú)人機(jī)傾斜技術(shù)實(shí)現(xiàn)單像測(cè)量

無(wú)人機(jī)傾斜攝影通過自己的軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)恢復(fù)拍攝圖像的信息，從而有效地獲得被測(cè)區(qū)域的角度、高度、面積和坡度，是我國(guó)現(xiàn)代測(cè)繪工程的一大進(jìn)步。

2.3被攝物體的還原度較高

該技術(shù)的鏡頭分辨率更高，系統(tǒng)功能更強(qiáng)大。因此，無(wú)人機(jī)傾斜技術(shù)對(duì)圖像的圖像、色調(diào)和圖案更加清晰、真實(shí)。捕獲區(qū)域縮小程度較高，有利于目標(biāo)分析。

2.4幫助促進(jìn)數(shù)據(jù)共享

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，傾斜攝影具有更高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用價(jià)值，使數(shù)據(jù)共享更加方便快捷。同時(shí)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的數(shù)據(jù)采集精度更高，效率也得到了提高。

3無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

3.1線路設(shè)計(jì)

由于多角度的特點(diǎn)，可以通過計(jì)算飛行高度、鏡頭與被測(cè)目標(biāo)的距離、攝像機(jī)傾斜角度和鏡頭分辨率來提高數(shù)據(jù)分析的精度，為航路設(shè)計(jì)工作提供幫助。

3.2地面觀測(cè)

地面觀測(cè)是測(cè)繪的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。地面觀測(cè)不僅需要觀測(cè)地面的平面特征，還需要觀測(cè)地面的狀態(tài)、地面上存在的物體以及不平地面的高差。傳統(tǒng)的垂直攝影方法只能從頂部獲取信息，很難觀測(cè)到與地面高度有關(guān)的數(shù)據(jù)。傾斜攝影技術(shù)可以通過多角度拍攝獲得地面高度變化的信息。這些信息可以幫助測(cè)繪人員對(duì)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(cè)繪分析水平。

3.3GPS布設(shè)

GPS布設(shè)是測(cè)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(wú)人機(jī)攝像頭數(shù)據(jù)的同步，提高工作效率，這對(duì)GPS布設(shè)的精度提出了更高的要求。另外，GPS布設(shè)完成后，需要進(jìn)行信號(hào)接收工作。信號(hào)接收工作是在GPS布設(shè)的基礎(chǔ)上完成的，GPS布設(shè)的目的是接收無(wú)人機(jī)的測(cè)繪數(shù)據(jù)。在接收信號(hào)之前，必須確保無(wú)人機(jī)的電源充足。由于傳統(tǒng)垂直攝影獲取的信息密度有限，需要對(duì)大面積目標(biāo)進(jìn)行攝影，延長(zhǎng)了攝影時(shí)間，對(duì)無(wú)人機(jī)的供電提出了更高的要求。傾斜攝影可以通過多個(gè)攝影模塊在幾次拍攝時(shí)間內(nèi)完成多角度攝影，縮短了拍攝所需的時(shí)間，降低了無(wú)人機(jī)的供電壓力，擴(kuò)大了無(wú)人機(jī)的拍攝范圍，提高了GPS部署效率。

3.4數(shù)據(jù)處理

無(wú)人機(jī)攝影完成后，需要對(duì)攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為其他工作打下基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)攝影相比，傾斜攝影可以從多個(gè)角度獲取目標(biāo)的信息，這使得數(shù)據(jù)處理工作量增加。多角度數(shù)據(jù)可以為數(shù)據(jù)處理提供更多的參考，從而提高數(shù)據(jù)處理的效率。

另外，裝備傾斜攝影技術(shù)的無(wú)人機(jī)一般都有預(yù)處理系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)的預(yù)處理系統(tǒng)可以利用預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)攝影完成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。預(yù)處理系統(tǒng)可以消除采集數(shù)據(jù)中的無(wú)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，傾斜攝影技術(shù)不僅信息量大，而且具有良好的質(zhì)量控制，對(duì)高精度測(cè)繪有很大的幫助。傾斜攝影的質(zhì)量控制主要包括兩部分：一是數(shù)據(jù)采集過程中的質(zhì)量控制，二是數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量控制。

3.5.1數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量控制

無(wú)人機(jī)在拍攝過程中需要獲取大量的數(shù)據(jù)，因此影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的因素很多，如拍攝時(shí)間、傾斜角度、拍攝高度、照片質(zhì)量等，傾斜攝影方法可以對(duì)不同角度拍攝的圖像進(jìn)行比較。通過分析不同角度圖像的重疊程度，可以有效地保證測(cè)繪工程中無(wú)人機(jī)的成像質(zhì)量。同時(shí)，結(jié)合預(yù)先設(shè)計(jì)好的路徑，最大限度地保證了拍攝圖像的質(zhì)量。當(dāng)拍攝到的圖像不符合測(cè)繪要求時(shí)，可以及時(shí)補(bǔ)拍，以減少測(cè)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(cè)繪工程水平的關(guān)鍵。無(wú)人機(jī)完成射擊后，需要對(duì)POS采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以彌補(bǔ)數(shù)據(jù)中不連續(xù)的部分。然而，傾斜攝影在提高數(shù)據(jù)處理質(zhì)量方面有著天然的優(yōu)勢(shì)，通過傾斜攝影獲得的數(shù)據(jù)信息更全面，因此數(shù)據(jù)的不連續(xù)性較少;同時(shí)，信息密度高的數(shù)據(jù)可以顯著提高數(shù)據(jù)補(bǔ)充的效率。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)由于其自身的系統(tǒng)和良好的整體模式性能，在測(cè)繪工程的發(fā)展中起到了一定的作用，因此在當(dāng)前的測(cè)繪中得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)由于自身的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，提高了測(cè)繪工程的效率和質(zhì)量。在未來的測(cè)繪工程中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)將得到改進(jìn)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張軍，高潔純.無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2018（19）：17-18.

[2]潘成軍.無(wú)人機(jī)傾斜攝影在道路工程中的應(yīng)用與分析[J].測(cè)繪工程，2018（12）：64-69+74.

[3]張朝豐.無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在礦區(qū)工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2018（11）：15+17.

[4]涂勇，萬(wàn)昕.無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)在露天礦山監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐與探索[J].世界有色金屬，2018（9）：22-23.

遼寧宏圖創(chuàng)展測(cè)繪勘察有限公司 遼寧省沈陽(yáng)市