淺談無人機傾斜攝影外業航飛解決方案

朱閆霞

（湖北國土資源職業學院，湖北武漢，430090）

1 傾斜攝影技術

傾斜攝影技術是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（目前常用的是兩鏡頭、五鏡頭相機），如圖1所示，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。它的主要目的是獲取地物多個方位（尤其是側面）的信息并可供用戶多角度瀏覽，實時量測，三維瀏覽等獲取多方面的信息。

圖1 傾斜攝影

2 技術流程

利用多旋翼無人機首先進行傾斜攝影外業航飛，然后利用從不同的角度拍攝的高重疊度數碼照片作為輸入數據源，加入各種可選的額外輔助數據，如：傳感器屬性（焦距、傳感器尺寸、主點、鏡頭畸變）、照片的位置參數（GPS）、照片姿態參數（如IMU），控制點等進行內業數據處理，最后利用專業軟件進行傾斜三維自動建模，得到三維產品數據。

表1 方案建設硬件

3 總體技術路線

通過南方多旋翼無人機飛行平臺上搭載5鏡頭相機進行多架次航測，對地面進行拍攝，獲取建筑側面紋理信息。得到穩定、高清的原始數碼影像，以及照片拍攝點的空間位置、姿態信息，結合相機畸變參數，通過南方專業的空三軟件SouthUAV方便快速地做好圖像匹配、平差、拼接等工作，，最終生產出滿足標準要求的數字正射影像圖DOM、數字高程模型DEM等數據，再通過傾斜三維建模系統實現三維實景重現。本方案采用的無人機搭載了后差分模塊，相對普通無人機，可以更準確地提高精度，減少像控點的布設。

4 方案建設硬件參數及環境需求

4.1 無人機平臺參數

南方天行HO1300無人機是V八旋翼碳纖維復合材料，確保機身結構強度和剛度，飛行姿態更加穩定，具備自動起降、指點飛行、航線規劃等功能，并有優秀的抗風和防雨性能。

表2 UAV技術參數

此外飛機搭載后差分模塊，集成GNSS定位系統，通過后差分解算出高精度的POS信息，將高精度的POS應用到影像數據后處理系統，實現高精度差分GPSIMU輔助低空攝影測量，實現稀少控制、甚至無控制。

例如：5平方公里一般測區像控點布設數量：普通：40-50個GCP；后差分模式：5個。而精度方面可達到平面精度≤10cm，高程精度≤20cm，滿足大比例尺航測項目。

4.2 傾斜攝影相機參數

攝影單元由主體結構和5個小型相機構成，這5個小型相機包含1個垂視相機和4 個傾斜相機，主體機構按設計角度將五個相機牢固連接，每個相機均由小型成像裝置和高像質定焦鏡頭組成，可同步獲取大視場角的影像數據，該影像數據既可拼接成用于常規攝影量測的寬幅影像，也可進行真三維模型的建立。如下圖2所示。

圖2 多視角航空攝影儀

控制單元主要由觸發模塊、通訊模塊、存儲模塊及供電模塊四部分構成。觸發模塊主要用于接收外部觸發信號，同步觸發5個小型相機曝光并向外部設備反饋觸發信號。通訊模塊主要用于相機模設置、相機飛行前后的測試與調校等。存儲模塊主要用于拍攝攝影像數據的存儲。供電模塊主要由自帶電源、直流電源轉換器、相機供電器組成。當無人機的掛載平臺可以提供電源時，通過直流電源轉換器轉換后給5個相機供電。當沒有外接電源時，可使用自帶的續航電源為其供電，保障超長時間的航拍需求。

掛載單元主要由連接機構及減震裝置組成，連接機構可為相機與無人機連接提供穩定支撐，減震裝置可有效減少無人機產生的高頻振動相機的影響，從而保證攝影影像的質量。

4.3 地面控制站配置推薦

地面站需采用筆記本電腦，和數傳電臺、圖像接收實時視頻顯示，同時查看地圖，定位飛機位置；精確設置航點任務并支持實時修改航點；支持一鍵起飛，一鍵返航，一鍵降落，緊急降落等快捷健，操作界面友好性。

需配備擁有頂級防護性能的軍工三防筆記本，防水，防塵等級達到IP65標準以上，抗震機身設計，通過120cm跌落試驗，抗沖擊，寬溫，電磁兼容設計，全鎂合金機殼。需搭載有主流的酷睿i5處理器，4GB內存，500GB硬盤。

5 成果展示

利用上述無人機傾斜攝影外業航飛，全方位獲取地物信息，后期通過專業軟件快速生成三維模型。

圖3 三維模型