淺析無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用

張逢春

（云南省有色地質(zhì)局三一0隊(duì)，云南 大理 671000）

隨著地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用升級(jí)，三維建模技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛運(yùn)用。在三維建模過程中，如何把無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量影像處理運(yùn)用得更好是急需要解決的問題。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的,比如：突破了以往航測(cè)遙感影像拍攝方法的局限性，方便傳感器在不同方位任何角度獲取被攝物體的表面信息，并使眾多傳感器同一時(shí)間進(jìn)行工作，使得采集的工作效率大大提高，保證數(shù)據(jù)既真實(shí)可靠、完整，同時(shí)也避免了采集工作的重復(fù)性[1]。人們對(duì)三維信息的需求都可以通過后期處理得到，影像解譯后還可以獲得更多信息。

1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

1.1 無人機(jī)數(shù)字影像獲取

傾斜攝影技術(shù)是國際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，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[2]。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片（一組影像），鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片（四組影像）。

海量的傾斜模型數(shù)據(jù)和模擬的三維立體不僅驗(yàn)滿足了旅游、景區(qū)等行業(yè)應(yīng)用，更為房產(chǎn)、國土、城管、智慧城市、規(guī)劃、水利、電力、礦山開發(fā)及能源開采等行業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。同時(shí)基于GPU的三維空間分析功能與傾斜攝影模型的高精度的結(jié)合，可以在突發(fā)事件時(shí)快速反應(yīng)事發(fā)地周圍的詳細(xì)信息，在應(yīng)急行動(dòng)中對(duì)人員及財(cái)產(chǎn)的安全有時(shí)甚至能起到?jīng)Q定性作用。

1.2 無人機(jī)影像特征提取

特征提取詳細(xì)的操作主要是對(duì)于影像中同名點(diǎn)的圖像信息，利用僅僅一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行提取，使相同的影像特征存在于信息，并將信息歸類劃分，最后呈現(xiàn)的是一個(gè)個(gè)各異的子集，這樣的子集的構(gòu)成一般都是由一個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)、一條相連接續(xù)的曲線、一個(gè)相連接續(xù)的地域共同構(gòu)成的[3]。在實(shí)行提取時(shí)每每都必須要有依據(jù)，但是詳細(xì)的應(yīng)對(duì)措施還需要根據(jù)當(dāng)前面臨的狀況來決策，打個(gè)比方就是對(duì)于灰度在一定的區(qū)域散布的情況，經(jīng)過研究這一情況來一步步固定位置、形狀、大小。

1.3 影像匹配技術(shù)要點(diǎn)

影像匹配是指通過一定的匹配算法在兩幅或多幅影像之間識(shí)別同名點(diǎn)的過程。它是圖像融合、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)變化檢測(cè)、計(jì)算機(jī)視覺等問題中的一個(gè)重要前期步驟，在遙感、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、計(jì)算機(jī)視覺、地圖學(xué)及軍事應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。基于無人機(jī)攝影測(cè)量中的圖像匹配研究，探索采用各種算法進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè)與匹配，然后進(jìn)行自動(dòng)空三解算，最后生成DEM和DOM。由于匹配點(diǎn)的分辨率決定了DEM和DOM的精度，因此根據(jù)此類影像的特點(diǎn)探索適合的特征匹配算法，對(duì)于提高正射影像及其它產(chǎn)品的精度十分必要。根據(jù)提取特征的層次，可將影像匹配方法分為三類：基于灰度的圖像匹配算法，基于特征的圖像匹配算法，基于理解和解譯的圖像匹配算法。比較典型的計(jì)算方法有協(xié)方差法、相關(guān)系數(shù)法、平均絕對(duì)差法、零平均標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)系數(shù)法、平均平方差算法等。

2 城市三維建模中傾斜攝影測(cè)量影像處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 城市三維建模

傾斜攝影技術(shù)是國際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，該技術(shù)通過從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜、五個(gè)不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維城市模型。

2.2 傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

特點(diǎn)一：反映地物周邊真實(shí)情況：相對(duì)于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個(gè)角度觀察地物，更加真實(shí)的反映地物的實(shí)際情況，極大的彌補(bǔ)了基于正射影像應(yīng)用的不足。特點(diǎn)二：傾斜影像可實(shí)現(xiàn)單張影像量測(cè)：通過配套軟件的應(yīng)用，可直接基于成果影像進(jìn)行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測(cè)，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。特點(diǎn)三：建筑物側(cè)面紋理可采集：針對(duì)各種三維數(shù)字城市應(yīng)用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效的降低城市三維建模成本。特點(diǎn)四：數(shù)據(jù)量小易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布：相較于三維GIS技術(shù)應(yīng)用龐大的三維數(shù)據(jù)，應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像的數(shù)據(jù)量要小得多，其影像的數(shù)據(jù)格式可采用成熟的技術(shù)快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用。

2.3 航空傾斜攝影測(cè)量技術(shù)建模

傳統(tǒng)三維建模通常使用3dsMax、AutoCAD等建模軟件，基于影像數(shù)據(jù)、CAD平面圖或者拍攝圖片估算建筑物輪廓與高度等信息進(jìn)行人工建模。這種方式制作出的模型數(shù)據(jù)精度較低，紋理與實(shí)際效果偏差較大，并且生產(chǎn)過程需要大量的人工參與；同時(shí)數(shù)據(jù)制作周期較長，造成數(shù)據(jù)的時(shí)效性較低，因而無法真正滿足用戶需要。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場(chǎng)景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實(shí)效果和測(cè)繪級(jí)精度提供保證。同時(shí)有效提升模型的生產(chǎn)效率，采用人工建模方式一兩年才能完成的一個(gè)中小城市建模工作，通過傾斜攝影建模方式只需要三至五個(gè)月時(shí)間即可完成，大大降低了三維模型數(shù)據(jù)采集的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和時(shí)間代價(jià)。目前，國內(nèi)外已廣泛開展傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，傾斜攝影建模數(shù)據(jù)也逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容。

3 總結(jié)

隨著三維數(shù)字城市建設(shè)步伐的加快，需要采集更豐富的三維城市數(shù)字信息，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)憑著自身的優(yōu)勢(shì)在未來具有良好的發(fā)展趨勢(shì)，將無人機(jī)的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于三維城市建模中，加速培養(yǎng)處理無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量影像處理與三維建模方面的專業(yè)人才，助推城市建設(shè)駛?cè)肟燔嚨溃龠M(jìn)地理信息應(yīng)用升級(jí)，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]點(diǎn)面結(jié)合的無人機(jī)傾斜攝影解決方案在應(yīng)急測(cè)繪保障中的應(yīng)用[J]．黃敏兒,南勝,周興華,韓紅,仲偉凡．城市勘測(cè)．2017(02)．

[2]基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測(cè)繪大比例尺地形圖的可行性研究[J]．孫亮,夏永華．價(jià)值工程．2017(08)．

[3]無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在特高壓輸電線路路徑優(yōu)化中的應(yīng)用研究[J]．湯堅(jiān),楊驥．南方能源建設(shè)．2015(S1)．