無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

徐國成

山東匯德地理信息工程有限公司 山東濟(jì)南 250000

我國北斗系統(tǒng)的成功應(yīng)用推動(dòng)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了無人機(jī)技術(shù)的不斷拓展，如低空無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)等的發(fā)展，推動(dòng)了測(cè)繪技術(shù)的革新。與傳統(tǒng)的航空測(cè)量技術(shù)相比，無人機(jī)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、成本低、測(cè)量效率高的優(yōu)勢(shì)，將無人機(jī)與現(xiàn)代化定位技術(shù)、圖像融合等技術(shù)相結(jié)合，能夠快速地獲取地面影像或者掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所獲影像數(shù)據(jù)或點(diǎn)云數(shù)據(jù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的二維地形測(cè)繪目的，還可以實(shí)現(xiàn)正射影像制作、三維實(shí)景模型制作。使用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)建的三維實(shí)景模型具有制作效率高、人為干預(yù)因素少和模型場(chǎng)景逼真的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的三維建模以二維的地形圖、高程信息和紋理貼圖為主要實(shí)現(xiàn)途徑，不僅需要大量的地形、高程數(shù)據(jù)，而且工作量大、工作效率低，但無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)避免了上述缺陷，在三維實(shí)景建模中具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是隨著“智慧化城市”“三維城市”建設(shè)理念的推進(jìn)，三維實(shí)景建模是現(xiàn)代測(cè)繪發(fā)展的趨勢(shì)之一。

1 傾斜攝影技術(shù)概述

1.1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基本原理

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)突破了傳統(tǒng)的航天航空攝影只能從單個(gè)垂直角度進(jìn)行拍攝的技術(shù)壁壘，通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器（目前常用的是五鏡頭相機(jī)），同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是利用無人機(jī)進(jìn)行拍攝，航高較低，空域易申請(qǐng)，機(jī)動(dòng)靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化三維模型數(shù)據(jù)采集，相比傳統(tǒng)的測(cè)圖技術(shù)提高了效率。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)：①無人機(jī)可以多方位、近距離地獲取地面物體的影像數(shù)據(jù)；②影像表達(dá)內(nèi)容更多樣豐富，鄰近影像的重疊度高；③影像的匹配和建模自動(dòng)化程度高，最大程度保證結(jié)果的精確度；

2 傾斜攝影應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

傾斜攝影產(chǎn)業(yè)鏈中涉及諸多技術(shù)環(huán)節(jié)，除了硬件設(shè)備的研發(fā)，軟件方面的關(guān)鍵技術(shù)集中于自動(dòng)化建模技術(shù)和平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)。目前自動(dòng)化建模技術(shù)主要掌握在國外，國內(nèi)有企業(yè)和科研院所正在攻關(guān)中，但尚未達(dá)到國產(chǎn)替代的程度。平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)上國產(chǎn)軟件則已經(jīng)走到世界的前列。具體包括：海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)、單體化技術(shù)、效果修補(bǔ)技術(shù)等。

（1）海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)指的是傾斜攝影模型數(shù)據(jù)量往往非常龐大，1km2的數(shù)據(jù)量在0.5-2GB，這樣中小城市的建成區(qū)就能達(dá)到幾十乃至上百GB。不過好在傾斜攝影自動(dòng)化建模軟件可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的OSGB格式，且數(shù)據(jù)本身就自導(dǎo)了的LOD（金字塔層級(jí)結(jié)構(gòu)）。利用數(shù)據(jù)自帶的LOD，超圖軟件通過直接讀取OSGB，并match運(yùn)用LOD來優(yōu)化調(diào)度，做到再大的數(shù)據(jù)量也可以實(shí)現(xiàn)瞬間加載，性能非常流暢。

（2）實(shí)景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程本文采用旋翼無人機(jī)進(jìn)行研究區(qū)域的傾斜攝影測(cè)量，通過三維實(shí)景建模、空中三角加密處理后的航空攝影影像，獲最終建模需要的原始影像數(shù)據(jù)，其具有以下特征：①攝影測(cè)量過程中實(shí)現(xiàn)了多角度、多方位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)攝影，獲得了建模區(qū)域多方位的影像數(shù)據(jù)資料，滿足了三維建模的基本需求。②五棱鏡頭安裝在旋翼無人機(jī)上，在攝影過程中嚴(yán)格按照一定的規(guī)則執(zhí)行飛行任務(wù)，獲得的影像分辨率高，此外，該技術(shù)可以多角度拍攝，避免了垂直拍攝視野局限的問題。③多角度拍攝，減少了地物被遮擋的現(xiàn)象，使得影像數(shù)據(jù)更加全面。

3 旋翼無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在三維實(shí)景建模中的應(yīng)用

3.1 建模原始數(shù)據(jù)采集

三維實(shí)景建模原始數(shù)據(jù)主要包含擬建模區(qū)域的影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、地面相控?cái)?shù)據(jù)，在無人機(jī)上搭載南方測(cè)繪傾斜數(shù)字航空攝影相機(jī)、機(jī)載定位定姿系統(tǒng)、航攝計(jì)劃設(shè)計(jì)軟件和飛行管理系統(tǒng)等。南方測(cè)繪數(shù)字傾斜航攝儀明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的垂直航攝方法，該儀器在同一飛行平臺(tái)上搭載了多個(gè)相機(jī)，分別從垂向和4個(gè)傾斜角度對(duì)地物進(jìn)行拍攝，獲得多視角影像，能夠更加真實(shí)地反映地物的紋理，并在數(shù)據(jù)采集過程中，能夠自動(dòng)地集成POS數(shù)據(jù)，獲得每張影像的外方位元素。根據(jù)擬建模區(qū)域氣候狀況，數(shù)據(jù)采集時(shí)間定于5—6月，設(shè)置飛行高度200m，旁向和航向重疊度為70%，平均地面分辨率6cm。

3.2 傾斜影像空中三角測(cè)量

傾斜影像數(shù)據(jù)包括垂向影像數(shù)據(jù)和傾斜影像數(shù)據(jù)兩部分，雖然傾斜影像數(shù)據(jù)獲得了更加全面的地物紋理信息，但是對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算增加了難度，使用傳統(tǒng)的同名像點(diǎn)自動(dòng)量測(cè)算法是無法滿足兩種數(shù)據(jù)計(jì)算的需求。傾斜攝影過程中形成了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的POS數(shù)據(jù)，可將其作為初始方位元素，借助多基線多特征匹配技術(shù)完成相對(duì)定向和絕對(duì)定向處理，生產(chǎn)出多視角聯(lián)合空中三角測(cè)量，為三維實(shí)景建模奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

傾斜攝影作為在傳統(tǒng)航空攝影之上發(fā)展起來的新技術(shù)，由于其增加了不同角度的相機(jī)拍攝，使得采集的信息更全面，并在自動(dòng)化建模軟件的支撐下能快速、低成本的構(gòu)建出逼真的三維模型；從而使得傾斜攝影技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，并具備廣泛的應(yīng)用前景?？梢哉f，傾斜攝影開辟了一條地理信息應(yīng)用的新道路，在這條大道上，還將不斷的有新的應(yīng)用模式被發(fā)掘出來。