無人機傾斜攝影測量技術在大比例尺地形圖測繪方面的應用

鄭方亮

摘? ? 要：在無人機技術產生之前，相關的地理獲取工作主要使用的就是人工進行采集，而這種工作模式，存在著許多的問題，成本高，生產時間長，以及程序復雜等等，而這些問題對整個地理信息獲取的工作，帶來了巨大的難度。而隨著科技的逐漸發展，對于地理信息的精度和時效性要求也越來越高，所以隨著科技的不斷發展，人們逐漸發明了無人機，而無人機在使用在地信息獲取的工作中，成本較低拍或拍攝范圍較廣，飛行速度慢等各種各樣的優點，比以往的人工作業模式，更加的適合地理信息獲取的工作。總體來說使整個地理獲取工作變得更加容易，為地理信息獲取工作，提供了巨大的發展。本文以海寧大比例尺地形圖采集項目為例進行試驗分析，證明利用無人機傾斜攝影測量技術采集的大比例尺地形圖精度滿足規范要求，成圖效率大大提高。

關鍵詞：傾斜攝影;數字正射影像;數字三維模型;無人機

1? 引言

大比例尺地形圖測繪方法較多，但常規的方法相對費時費力，很難滿足當下測繪市場的需求。傾斜攝影技術是國際測繪遙感領域近年發展起來的一項高新技術，它顛覆了傳統航空攝影技術，融合了正射和傾斜影像，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，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。特別是近年來，隨著小型低空無人機技術的快速發展，搭配以高分辨率非量測型數碼相機，使得低空無人機航攝技術在大比例尺地形圖測繪方面得到廣泛的應用，也因為其具有方便快捷、成本低、工作量小、反應迅速等特點，使得它在小區域、地形條件復雜、人難以到達等地區的高分辨率影像獲取方面具有明顯優勢，成為對傳統航空攝影測量技術的有效補充。低空無人機傾斜攝影測量技術可以快速，準確地獲取一定精度的大比例尺地形，是現階段測繪地理信息行業內探討較多的話題。

2? 傾斜攝影原理及特點

2.1? 傾斜攝影原理

無人機攝影技術的原理就是在無人機飛行平臺上，通過多個數碼相機，以垂直或者傾斜等多種角度來對地物進行拍攝。而在拍攝過程中，比較常用的五鏡頭傾斜攝影系統充分結合了無人機平臺的GPS/IMU系統，由此來獲得POS數據以及相關圖像控制點的數據，然后再通過相應軟件來對數字表明模型和數字正攝影圖像和3D模型進行有效的處理。

2.2? 傾斜攝影測量技術特點

其一就是其拍攝的圖像立體效果更加真實，能夠對人類的感知能夠以更加真實的狀態反應出來;其二就是能夠為建模提供的紋理信息更加真實而且豐富;其三就是能夠充分實現高精度的測量工作。此外，無人機能夠充分實現低空遙感操作，而且不僅操作起來比較簡單，而且可操行也比較強，圖像采集的周期大幅度縮短。由此我們可以看出，通過無人機攝影技術來獲得真實的三維模型，同時使用矢量繪圖平臺來獲得地形圖所需要的相關元素，能夠在很大程度上改變傳統測量技術所存在的不足，在很大程度上提高了測量的效率和測量的質量。為工程建設的順利開展提供了更加有效的數據支持。

2.3? 傾斜相機的性能要求

在傾斜攝影系統中，其鏡頭的數量和類型有很多中，不僅有多頭的，而且還有單頭的，能夠通過不同角度來獲得圖像，并且能夠實現單架次操作的廣度和深度。一般在無人機實施航空測量工作時，其像素會控制在3500萬以上，因為傾斜攝影技術是對一次曝光獲得影像像素實施控制，所以在測量過程中不能對單一相機的像素進行固定，而對其工作的時間，電池的壽命以及曝光的功能和圖像的采集等功能則可以實施限制，雖然器械曝光能夠獲得更好的更高的像素，但是因為成本，還需要對其進行適當的控制。通常情況下，單個鏡頭的像素要控制在2000萬以上，而一次曝光的像素也要控制在1億。此外為了滿足特定條件下的測量需要，相機的作業時間也要控制在90分鐘以上，并且要確保其能夠全天候的作業，而且只有具有曝光功能的相機才能充分滿足影響重疊度的具體要求。

3? 無人機傾斜攝影測量技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

3.1? 關鍵技術

3.1.1? 傾斜影像數據獲取

傾斜影像數據獲取是在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（通常是采用5臺相機或五鏡頭相機），同時從各個角度獲取地物、地貌的垂直和傾斜影像以及位置信息，垂直地面拍攝的影像稱為正片，鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝的影像稱為斜片。

3.1.2? 傾斜影像密集匹配

與傳統攝影測量相比，傾斜攝影測量使地面上的物體幾何變形大，分辨率變化大。而這樣一來，就使相關的匹配工作十分難以完成。所以為了更好的使用傾斜攝影的方法，解決相關的問題，就提出了密集匹配技術，使用密集匹配技術可以，獲得高精度和高密度的數據。使整個地面上的物體呈三維立體。這種方法比以往的傳統攝影測量方法更加便捷，對于物體的描述也更加的清晰，精度更高，更加適合目前地理信息獲取的方式。能夠進一步促進這個行業的發展。

3.1.3? 生產三維模型

再對所拍攝的影像進行處理后，就可以進行三維模型的生產，利用所獲取的影像數據，將數據進行加工，使其變成三維模型，而三維模型主要分為兩種，一種是作為紋理生產的三維模型，而另外一種，利用相關軟件獲得三維模型，而這兩種三維模型在不同的領域中都可以發揮著不同的作用，為整個行業進一步的發展提供了技術保障。

3.1.4? 傾斜影像數據處理

傾斜影像數據處理是將正片與斜片進行多視角影像聯合平差、多視角影像密集匹配、TIN三角網構建、3D紋理映射等過程，以此生成基于傾斜影像紋理的“全要素、全紋理”實景三維模型，實現三維可量測。與人工建模相比，傾斜攝影自動化建模具有高效率、高精度、高真實感和低成本的優勢。

3.2? 精度分析

利用傾斜攝影測量技術生產大比例尺地形圖，其精度是否符合相應的《規程》、《規范》的要求，我們通過在海寧項目的測區范圍內利用RTK技術，采集相關明顯地物的特征點與傾斜攝影測量技術采集的相應特征點進行比較分析，結果如下：（1）高程精度統計。高程點檢查，共檢查1503個，經計算，粗差點9個（按一類地物），粗差率0.6%，中誤差為±11.0cm，精度達到規范要求。（2）平面精度統計。地物平面點位檢查，共檢查5374個，經計算，粗差點77個（按一類地物），粗差率1.4%，中誤差為±2.6cm，精度達到規范要求。

4? 結束語

本文采用無人機傾斜攝影建模方法進行大比例尺測圖技術路線具有可行性，精度能滿足大比例尺測圖規范要求。但其在大比例尺測繪領域的應用處于起步階段，應用深度和廣度還有待于進一步拓展，但其高分辨率和高機動性是其它遙感技術無法比擬的。因此，值得對其工程化應用做進一步研究。

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