無人機傾斜攝影測量技術在大比例地形測繪中的應用

江西省核工業地質局二六五大隊

一、無人機傾斜攝影測量技術的概念

（一）傾斜攝影測量簡介

無人機傾斜攝影測量技術是通過無人機搭載的五個鏡頭，分別從垂直與傾斜的角度，對目標正中物及其前、后、左、右五個方向采集影像數據，在拍攝過程中無人機的航速、航高、航向等信息會被記錄，然后將數據導入相關軟件進行分析處理，進而建立三維模型。無人機的出現與發展，大大促進了傾斜攝影測量技術的發展。多角度拍攝的影像可以幫助測繪人員獲取更多的地形信息，遮擋物對測繪工作的影像被明顯弱化，使得構建三維模型的工作能夠更好地進行。傾斜攝影技術在不但大比例尺地形圖的制作中得到廣泛使用，在不動產測繪領域也有著巨大的應用需求量。

（二）無人機傾斜攝影測量的優勢與局限性

相比于傳統測量方法，無人機傾斜攝影測量有著較大的優勢。最為明顯的是成本低、效率高，無人機傾斜攝影測量不需使用大量外業人員，使用無人機航拍獲取影像數據效率頗高，如使用無人機傾斜攝影測量技術能夠快速構建三維模型，省去了傳統測繪方法中的屋檐改正、層數調繪等工作，既節省大量時間成本又減少了大量的人力成本，且面對一些傳統測量方法難以測量的地形，或是野外無法測量的地域，無人機傾斜測量具有傳統測量方法無法比擬的優勢。

無人機傾斜攝影技術也有著一定的局限性。無人機搭載的五鏡頭相機所獲取的地面目標物的姿態數據并不完全精確，與真實曝光時pos數據存在著一定的差值，且該相機的拍攝范圍較小，在進行大比例地形的測繪作業時，需要獲取的數據較多，因此相片數量將會很大，進行數據處理很依賴處理軟件的性能，且需要配置多名內業人員進行數據處理。另外，受無人機載重量等因素制約，其上搭載的相機并非專業的量測用相機，存在著鏡頭畸變的現象。

二、無人機傾斜攝影測量誤差分析

無人機傾斜攝影測量技術中，誤差的主要來源有以下幾種：①影像質量。無人機在飛行的過程中，由于機身的震動及飛行過程中相機擺動等原因，導致相機在曝光時被拍攝物與感光元件的相對位置發生改變，最終導致影像模糊的現象，此現象被稱為影像位移，使影像質量降低。②鏡頭畸變。前文中有所提及，無人機搭載的五鏡頭相機并非專業的量測相機，存在光學畸變情況，畸變的來源主要為三個方面：鏡頭的光學誤差、A/D轉化過程中產生的電學誤差以及鏡頭機械誤差。③相片重疊度。相片重疊度即無人機攝影過程中，對相鄰區域進行攝影時對應同一部分的地面影像的多少，航向重疊度越低，該影像越少則相片重疊度越低，那么對應地面的共有信息就越少，因此在對同名點進行匹配時，產生的同名點共線方程就會更少，所求得的物方坐標誤差就越高。在低空數字航空攝影規范中，規定航向重疊度一般應為60%～80%，最小不小于53%；旁向重疊度一般應為15%～60%，最小不小于8%。在無人機傾斜攝影測量中，規范內的旁向重疊度并不足以建立足夠精確的三維模型，在實際操作中，應當將旁向重疊度設置在75%以上。

三、無人機傾斜攝影在大比例地形測繪中的應用要點

（一）關鍵技術

無人機傾斜攝影測量的關鍵技術主要有以下幾點：①空中三角測量。空中三角測量是通過前方交會與后方交會，以較少的控制點坐標為條件，對未知點坐標與影像的外方位元素進行求解，用于模型定向及后續測繪產品生成。②影像匹配。影像匹配是在不同相片之間建立連接關系，對所拍攝的相片通過建立特征關系來進行整合。影像匹配會獲取大量同名點，而同名點是參與空三測量的關鍵因素，因此影像匹配的精度對空三測量精度有著直接的影響。③密集匹配。密集匹配旨在生成密集點云，一般使用多視影像密集匹配技術。無人機傾斜攝影使用的多角度拍攝會產生許多點云信息，其中的冗余信息可以起到糾正錯誤匹配的效果，進而使獲得的點云數據更加精確，此外多視角的拍攝對于拍攝盲區的特征能夠起到較好的彌補效果。

（二）地形圖成圖精度

當三維模型的精度符合地形圖生成的要求時，三維模型地形圖繪制精度體現為同一點在三維模型之上的重復測量值之間的吻合程度，也可認為是各測量值與中值的相近程度。重復測量值的吻合度越高，則精度越高；重復測量值越分散，則精度越低。有兩種方法可以用于分析以三維模型為地圖繪制而出的地形圖的精度，一是利用傳統測量方法繪制的地形圖與前者進行對比分析，二是利用地物檢查點對其進行分析。若繪制的地形圖精度不夠，則需分析誤差來源，進行矯正。

（三）利用三維模型繪制地形圖精度控制措施

首先，對地物進行識別。在正攝影像中地物被遮擋而無法進行清晰識別時，應當旋轉三維模型觀察被遮擋地物以進行辨認。其次，結合二維模型與三維模型進行地形圖繪制，此措施目的是在正攝影像中獲取一點平面坐標的同時，在三維模型中獲取其高程坐標，這樣繪制的地形圖精度比單純在三維模型中繪制的地形圖精度更高。此外，應當為地形圖中的地物、地形添加屬性，例如房屋層數等。總的來說，二維正攝影像所獲取的平面精度更高，三維模型下能夠繪制出正攝影響難以識別的地物以及被遮擋的地物。

四、總結

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術作為一項近年來才發展起來的技術，其優勢已經較為明顯，在成本上以及效率上都勝過傳統測量技術，將其應用在大比例地形圖的測繪中能夠縮短工期、降低成本，并提高地形圖的成圖精度，但該技術仍有一定的局限性以及使用時需注意的地方，在實際應用的過程中應當對這項技術進行充分的了解。