無人機傾斜攝影在測繪領域的應用

盧君成

摘 要：隨著數字信息建設的發展，社會大眾對數據的需求發生了一些變化，近兩年國內傾斜攝影業務量突飛猛進，傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術。業務涉及國土資源、城建、水利、交通、旅游、地質、電力、農牧等諸多領域。它改變了以往航空攝影測量只能使用單一相機從垂直角度拍攝地物的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、側視和前后視等不同角度采集影像。傾斜影像不僅能真實反映地物情況，還通過采用先進的定位技術，嵌入精確的地理信息、豐富的影像信息。無人機傾斜攝影具有高精準度詳細快速的優勢，縮減測繪工作人員的日常工作時間及工作強度，促使測繪效率得到顯著的提升，在地面地形測繪、三維立體建模等方面，具有非常顯著的優勢。本文針對無人機傾斜攝影測繪開展具體的論述，望能夠有一定的參考性價值。

關鍵詞：地形測繪 無人機傾斜攝影 測繪技術

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（a）-0094-02

在傳統的地面地形測繪、三維立體建模工作當中，主要是采用RTK、全站儀等相關設備，對野外現有的測點信息進行采集，通過專業軟件處理之后編輯地形圖和立體模型，與傳統的地形測繪技術相比，傾斜攝影所具備的高效率、高精度、高真實感、低成本優勢，使其逐步替代傳統人工建模的三維模型獲取方式。一個面積約50km2的城市，運用傾斜攝影建模技術，從獲取影像、處理數據直至生成真三維模型僅需10天左右。同等工作量，若采用人工建模，則需投入100人足足干3個月。傾斜攝影三維模型不僅能帶給觀者真實而震撼的視覺感受，還因其模型上每一點都具有準確的三維地理坐標，可供測繪人員按需測量和計算，從而使三維模型在城市建設與管理、地理測繪、公共安全與應急反恐等方面大有可為。

1 無人機傾斜攝影技術主要內容

（1）關于無人機傾斜攝影技術：無人機的傾斜攝影主要是通過三維重建，利用單一相機多角度垂直拍攝的基礎，利用無人機的傾斜、空中定位形成的組合的多鏡頭拍攝平臺，然后通過多媒體技術進行旋轉取像。根據無人機的POS系統或GPS差分系統進行精確定位，將提供的多角度成像處理，形成匹配密集影像、映射紋理生成模型的重要操作，最終形成無人機傾斜攝影的三維重建。

（2）工作原理：無人機傾斜攝影技術是空中飛行的測量技術，它們之間的主要區別是傾斜攝影技術是通過在一架無人機上放置多個攝影鏡頭進行圖像收集，多角度的垂直傾斜拍攝讓地理表面信息更加完善。正片的拍攝主要依據無人機的垂直拍攝技術，所謂斜片就是通過形成一定的拍攝角度。

（3）數據信息的獲取與處理：根據測圖需要提出的航攝要求，向主管部門申請。經批準后，制定航攝計劃。根據實地勘察測區的地形特征參照相關的技術規范標準，對測區航線進行合理設計，完成測區范圍內傾斜航空影像數據獲取工作，基本的要求及技術指標如下：①所獲取影像為真彩色數字影像；②平面精度滿足相關比例尺地形圖的精度要求；③像片的重疊度：航向重疊度75%，旁向重疊度75%；④影像質量：獲取的測區像片應影像清晰、反差適中，彩色色調柔和、鮮艷；⑤漏洞補攝：對各種原因獲取的不合格航片（航攝漏洞）要及時補飛，漏洞補攝按原設計航跡進行。

2 野外數據的獲取流程

（1）航高確定：數碼航空攝影的成圖比例尺取決于飛行高度，根據地面分辨率，可按照公式求得獲得相應地面分辨率GSD的飛行高度。

（2）航攝時間：航空影像的質量對航攝飛行的時間有一定的要求，航攝時間受天氣條件的制約。具體要求如下：①水平能見度≥1500m，垂直能見度≥1000m；②氣流相對穩定：每天的正午氣流相對較強，對飛行安全不利，同時也對影像質量影像較大；③選擇航攝時間：平地要求，太陽高度/（°）>20，陰影倍數/（倍）<3。丘陵地和小城鎮，太陽高度/（°）>30，陰影倍數/（倍）<2。山地和中等城市，太陽高度/（°）>20，陰影倍數/（倍）≤1。

（3）航線設計：通常情況下航線應按東西向或南北向直線飛行；特定條件下亦可根據地形走向與專業測繪的需要，按南北向或沿線路、河流、海岸、境界等任意方向飛行。

平行于攝區邊界線的首末航線一般敷設在攝區邊界線上或者邊界外；旁向覆蓋超出攝區邊界線，一般不少于像幅的30%，確保目標攝區完全覆蓋。

（4）像片控制點測量：①測區像片控制點采用網絡GPS-RTK技術施測，一般情況下均為平高點；②選用的像片控制點的目標影像應清晰，易于判別和刺點。像片控制點布設應在航向及旁向重疊5～6張像片范圍內，控制點要盡量共用。根據測區的地形條件，按區域網布設，區域網的大小一般控制在8航線，12基線，在區域網的四周進行控制點的布設。一般情況下每平方公里1個點，盡量均勻分布；③區域網之間的像片控制點應盡量選擇在左、右航線重疊的中間，相鄰區域網盡量公用。當測區范圍受地形條件限制，有凸凹時，應在凸角處增補控制點。滿足精度要求的點位均提供高程和平面坐標，每個測區至少有2個多余觀測控制點，作為多余觀測評價模型的坐標精度；④相片的定位點的選擇上應該盡量于可見的清晰的地物點，控制點的像片精度控制在0.1mm，這些定位點的交角通常選擇于呈線狀的地物焦點處，并且影像點的大小要小于點狀的地物中心，大約為0.2mm，其中刺點目標不能選擇交角小于30°的線狀地物；⑤像片控制點應選用高程變化小的目標，像片控制點在各張相鄰的及具有同名點的像片上均應清晰可見，選擇最清晰的一張像片作為刺點片。

3 相關數據的預處理

隨著傾斜攝影測量技術的不斷完善，攝影測量處理軟件技術也不斷地發展和更新，通過傾斜批量自動建模軟件，是基于圖形運算單元GPU快速三維模型的構建軟件，通過攝影測量原理，對獲得的傾斜影像、街景數據、照片等數據進行幾何處理、多視匹配、三角網（TIN）構建、自動賦予紋理等步驟，最終得到三維模型。該過程僅依靠簡單連續的二維圖像，就能還原出最真實的真三維模型，無需人工干預便可以完成海量城市模型的批量處理。通過多節點自動建模軟件來完成建模任務，具體流程如下。數據導入：指定數據存放的路徑、焦距、像幅等參數，將數據導入軟件；自動空三解算：根據圖像之間的重疊，自動搜索同名點，進行自動空間三角解算；構建TIN網格：根據空間三角解算、幾何處理、多視角匹配等自動構建TIN網格；自動貼圖：自動賦予貼圖，構建三維模型；模型后處理：通過疊加分類圖層，將模型單體化并賦予屬性信息，同時創建LOD，進行優化，生成3DML數據格式。

4 地物、地形的繪制與提取

可以運用無人機傾斜攝影技術來對真三維模型數據進行提取以及后期的相關處理，其中，在地形、地物提取的時候可以從具體特征點入手，利用相關航測軟件從三維模型視圖當中進行相關數據的提取，形成地物特征點x、y、H坐標數據，從而在文本文件當中進行對應格式的傳輸，直接導入測繪圖軟件來進行地物的具體繪制與編輯。

5 結語

航空傾斜攝影技術不僅能夠真實地反應地物情況，而且還通過采用先進的定位技術，嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級的用戶體驗，為數字化城市的建設提供了全新的手段，并使行業應用更加深入。通過配套軟件的應用，可直接基于成果影像進行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，通過數據信息的嵌入，可以實現更大領域的運用。

參考文獻

[1] 楊國東，王民水.傾斜攝影測量技術應用及展望[J].測繪與空間地理信息，2016，39（1）：13-15.

[2] 劉洋，鄒自力.基于Harris算子和SIFT特征匹配的無人機影像處理[J].江西測繪，2015（4）：7-9.