探究無人機傾斜攝影測量技術標準

張 建

（廣州歐科信息技術股份有限公司，廣東 廣州 510700）

進入二十一世紀，計算機、通信、自動化等領域的大量技術都在飛速發展，深刻地改變了我們的生活，也為工業生產、測量提供了新思路，讓以前棘手的問題的解決成為可能。而其中，無人機傾斜攝影測量技術就在測量領域占據越來越重大的地位。在無人機上配備了多個傳感器，可以在同一個飛行平臺上同時捕捉圖像。于是可以真實地獲取地圖信息，并廣泛用于多個環境下的設施建設、勘察，在各個領域充分發揮其優勢。這項技術正在被愈來愈多的行業專家認可，但是想要更進一步地發展，就必須要補足現今國家對于無人機傾斜攝影測量技術標準的空缺，本文會對建立這一標準給出思路，為廣大從業人員提供參考。

1 無人機傾斜攝影測量原理

無人機攝影技術的由于之處在于通過在同一平臺上搭載多個影像采集傳感器，并同時從不同角度（如側視圖和俯視圖）來捕獲圖像，也更加直觀好理解，突破了傳統航空攝影的角度信息限制。無人機傾斜攝影測量技術由傾斜的四個方向加上豎直方向的觀測來提供真實的世界圖像，相比之下傳統的航空攝影只能從高空中以垂直的角度捕捉地面物體。于是，我們能夠知道無人機傾斜技術可以從多個角度獲取高解析度圖像信息，并可自動生成三維數字模型，廣泛應用于城市管理，數字城市建設同時方便在緊急事故發生時展開救援。利用了微型無人機可以靈活飛行，快速飛行的特點，實現低成本、高效率獲取地面更準確更完整信息。與傳統的垂直航空圖像相比，觀測者執行繪圖任務時不再需要佩戴立體眼鏡。

1.1 傾斜攝像機性能標準

按照已有的相關規范，傳統的垂直航空攝影要求傾斜角度不大于五度，最大不超過十二度。按照這樣的標準，結合航空信息處理軟件的進步，我們可以認為15度以上的傾斜角度都屬于傾斜攝影。與此同時，傾斜相機的數量也因為需求不同而不同，5個鏡頭、3個鏡頭、雙鏡頭和單鏡頭的攝影系統都有，根據不同的環境和需求可以自行選擇。而攝像機的性能直接決定了無人機傾斜攝影測量結果圖像的精確、清晰程度，因此對于其像素要有要求，本文的建議是不低于3500萬像素，一次曝光應該要超過一億像素。同時，相機續航能力應該要達到九十分鐘，提高穩定性，要保證圖像的重疊度，為適應多種環境，提高效率，也要求傾斜相機具備全天候作業能力。

1.2 傾斜攝影測量技術分析

無人機傾斜攝影測量通過專業的算法將傳感器獲取的圖像數據經過幾何校正、平差、多視影像匹配等一系列手段進行處理，就能從多個方向對建筑的長寬高三維尺寸進行了解和展示，不但能夠識別物體所處位置和幾何形狀甚至還能獲取物體的紋理細節?？梢詫⒎治鲭A段分為三個過程，分別是數據采集、數據處理以及數據應用[1-3]。

小型無人機飛行平臺會裝備數臺傳感器，從而以多個角度對地面物體進行拍攝，根據地形圖攝影規范設計規劃航線時飛行線路通常要平行在旁向邊界外和航線邊界外，為了確保目標區域被完整的測量要求飛行方向和旁向的重合度大于百分之七十五。同時，在無人機飛行作業時要同步查看圖像，在刪除不適合的圖片的同時，要針對原本計劃中沒有測量拍攝的地區進補飛。處理影像一般使用Smart3DCapture、Pixel Factory等軟件將采集的數據進行3D建模，擁有高效率和高精度的優點。在該程序上加載圖像，提供一定數量的控制點，程序使用區域網絡整體調整“同點匹配”，將所有點添加到控制點坐標獲加密特征點，云數據構成不規則三角網TIN，然后將TIN構成白色模型，軟件根據影像計算相應的紋理信息并將紋理映射形成一個三維模型。

1.3 無人機性能標準

先從無人機的性能來考慮，目前市場上的無人機種類很多、質量參差不齊。需要考慮其動力系統、飛行方式等，動力系統有電池和內燃機兩種，飛行的實現方法可以分為旋翼和固定翼兩種，其中旋翼可以分成單旋翼、多旋翼。當使用內燃機來為飛行器提供動力時，難免會產生飛行平臺的震動，對于成像質量產生影響，所以電池動力系統的無人機更好，但要綜合考慮續航、測量工作效率等方面，內燃機也有其他優點。同樣的旋翼和固定翼，飛行速度、續航時間、穩定性等方面都有各自優點不一而足，所以要設計適合其應用場景的性能優化方案，因此依照的標準不可能完全統一。但是對于執行無人機傾斜攝影測量的無人機標準仍然要做出一定的限制，本文給出一定的參考意見如下。

表1 無人機性能標準一覽表

2 無人機傾斜攝影測量技術應用

為智能城市的建設提供更快的速度，科學而實際數據，因此傾斜攝影在建造行業規劃和設計中的應用主要用于規劃審批以及空間分析。城市需要自己的特色，市政部門進行城市規劃有多種設計，而設計方案可以被無人機傾斜攝影技術表現到3D模型中，直觀地展現在決策者面前，進而比對各種設計方案的特色和優缺點，協助不同設計方案和當前城市規劃配合程度的決策，來選取最優的國畫方案，并根據整體城市規劃方案進行調整建筑群指標。

無人傾斜攝影的另一項應用是可以通過檢測建筑物施工現場的現場指示，應用于環境監測，以減少施工現場的灰塵，而無人機實際上是在靠近地面的空中拍攝實時圖像。通過挖掘3D數據模型，探測深層滲透結構，查看地下管道等設施的狀態，可以實現地上和地下一體化檢測。3D模型可以在視覺上觀察室外溝渠附近的地形和地貌，同時計算底部和地面高程之間的差異。對于技術人員來說，直觀地了解整體環境的布局是有益的。這是為了方便施工管理和人員調配。以及方便觀察物料堆放位置，防止載物平臺負荷超重，監測避免現場工作人員低效率施工，為員工創造健康安全的綠化施工區域。

建筑物密集的區域進行無人機傾斜攝影測量是極為困難的，建筑物的遮擋問題是一直以來的難點。所以設計航路時必須要求設計者考慮建筑物的幾何結構，不然會使得圖像的重疊程度不足，甚至建筑物交錯會時三維建模后的建筑物結構連接到一起，同時遮擋關鍵的目標建筑。所以要提高密集建筑物地區的飛行測量密度，最好要在百分之九十以上，建筑物高度過高時（比如達到飛行高度的四分之一），可以采用交叉飛行的方式，雖然降低效率，產生冗余的觀察，但是可以確保精確度，一般來說百分之九十的重疊率可以完全消除建筑物彼此遮擋問題。

同樣，提高重疊度的手段可以應用到許多數據采集困難的地形，但是會增加航程降低效率，所以航路設計時要權衡數據質量和測量作業效率。

3 結語

無人機傾斜攝影測量技術為建筑工程規劃，大比例尺地圖的測繪以及越來越多的領域提供地形勘察的有效處理手段，能夠為施工、設計、決策工作提供最宏觀，真實有效的科學數據，無論是準確度還是效率成本都相對于傳統航空垂直攝影有了長足進步，將原先的平面照片，變為三維模型，更加直觀詳細，為工程帶來便利。同時由于其時效性強也能夠用于實時監控的使用環境，比航空攝影更靈活，應用廣泛，前景廣大。本文所討論的幾項參考標準還需要在具體的生產實踐中打磨，以填補我國相關標準規定的空缺，使我國的無人機傾斜攝影測量技術進一步發展，促進國家建設。