探討無人機傾斜攝影測量的關鍵技術及應用領域

高哲

（中海石油技術檢測有限公司，天津300453）

1 無人機傾斜攝影測量基本原理

無人機傾斜攝影技術，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機上搭載多臺攝影儀傳感器，同時，從下視、前視、后視、左視、右視，配合慣導系統獲取高精度的多視影像信息，并通過專業軟件對多視影像信息進行自動空三、密集匹配、DSM生成與TDOM糾正或三維建模等，將用戶引入符合人眼視覺的真實直觀世界[1]。

2 無人機傾斜攝影測量的關鍵技術

2.1 攝影測量數據獲取的關鍵

2.1.1 相機檢校

非量測相機的畸變差一般比較大，在拍攝前應進行較為嚴格的相機檢校，以恢復影像光束的正確形狀，即通過檢校獲取相機的內方位元素和鏡頭畸變參數。相機檢校內容包括：像主點的框標坐標（x，y）的測定、相機主距f和畸變系數k的測定。

2.1.2 航攝技術參數與數據傳輸設置

依據飛行任務和現行規范的相關規定，首先取得空域審批，然后對航攝技術參數進行設置，具體設置包括：航高、像片重疊度、航線參數等。

飛控系統采用數據傳輸存儲技術進行輸送，主要包括2個方面：（1）傳輸無人機與航攝傳感器的飛行參數，以實現無人機飛行高度、方位、距離、航向、航跡、飛行姿態的測量和實時顯示，執行地面操控人員的控制指令[2]；（2）傳輸無人機獲取的影像數據并保存備份，以供后期數據處理與分析利用。

2.1.3 飛行質量與影像質量檢查

飛行質量和影像質量決定了最終生成測繪產品的精度，因此，對飛行與影像質量檢查尤為重要。具體包括：（1）飛行質量檢查，包括航向重疊度、旁向重疊度、像片傾角與旋偏角、航線彎曲度、航帶航高之差；（2）影像質量檢查，包括影像是否清晰、色調是否一致、層次是否鮮明、反差是否適中；影像是否有重影、不清晰和位置偏移等情況；影像是否有陰影、大范圍反光、蒙蔽等突出問題；是否影響DSM及4D產品生成。

2.2 攝影測量數據處理的關鍵

無人機傾斜攝影測量獲取的多視影像數據，不僅包括垂直攝影數據，還包括4個方向的傾斜攝影數據。進行無人機傾斜攝影測量數據的處理，需要很好地處理傾斜攝影數據，而傳統的空中三角測量軟件又無法很好地處理傾斜攝影數據，因此，無人機傾斜攝影測量數據處理需要解決4大關鍵技術：多視影像的聯合平差、多視影像的密集匹配、數字表面模型（DSM）生成和真正射影像（TDOM）糾正。主要技術流程如圖1所示。

圖1 無人機傾斜攝影測量數據處理技術流程

2.2.1 多視影像聯合平差

輸入多視影像→影像連接點匹配→匹配粗差檢測/構建自由網→輸入地面控制數據/區域網平差，關鍵注意3點：（1）SIFT特征提取算法實現尺度空間的建立與特征點定位匹配；（2）結合POS系統提供的多視影像外方位元素，采取DOG金字塔匹配策略，在每級影像上進行同名點自動匹配、構建自由網；（3）建立連接點和連接線、控制點坐標以及POS數據的多視影像自檢校區域網平差的誤差方程[3]。

2.2.2 多視影像密集匹配

基于計算機視覺發展起來的多基元、多視影像匹配，充分利用多視影像中的冗余信息，快速準確地獲取多視影像上的同名點坐標，進而獲取地物的三維信息；以多視影像中不同視角的二維特征為基礎，補充盲區的地物特征，通過重構可以轉化為三維特征。

2.2.3 數字表面模型（DSM）生成

通過多視影像密集匹配方法，可生成高精度高分辨率的數字表面模型，完整地表現出地形地物的表面特征。

2.2.4真正射影像（TDOM）糾正

同時糾正物方與像方，是多視影像真正射糾正的2個重點內容。其中，物方為連續的數字高程模型DEM、大量離散分布且立度差異很大的地物對象；而像方則為海量的多視影像。

2.2.5 三維建模

在獲取高密度DSM數據后，進行濾波處理，并將不同匹配單元進行融合，生產出具有真實景觀的超高密度點云DSM數據，再同真正射影像TDOM糾正處理后，把高分辨率的紋理映射到具有真實景觀的DSM表面，生成初級的三維模型。初級三維模型經模型軟件精細化修改后，就生成了具有真實紋理、效果逼真的真三維實景模型。

3 無人機傾斜攝影測量的幾個應用領域

人機傾斜攝影測量的幾個應用領域包括：

1）公共安全。快速建立的三維場景模型，給預案和安保部署、警力分配甚至狙擊手位置的分析等提供基礎。

2）應急救援。通過傾斜快速建模，指揮決策人員迅速得到事故地現場全貌，有助于制定完備的救援計劃。

3）智慧城管。通過城市模型的定期更新和無人機航飛定期檢查違章建筑情況，輔助城市違建管理工作。

4）智慧旅游。利用傾斜攝影構建的景區實景三維模型，配合VR等設備獲得沉浸式體驗。

5）城市規劃。準確分析城市天際線、日照等指數，輔助決策城市規劃工作。快速建立起的三維場景模型，給預案和安保部署、警力分配甚至狙擊手位置的分析等提供基礎。

6）智慧水利。實現水利設施與地形無縫結合，將各類動態信息、復雜關系及時準確地表達出來。

4 結語

無人機傾斜攝影測量技術能從一個垂直、多個傾斜角度同時采集影像，彌補了正射影像不能反映地表真實三維景觀的缺陷，顯著提高了快速三維建模的速度。無人機飛行質量、多視影像質量、像片控制點精度、聯合平差精度（空三加密精度）等，對改善提高利用無人機傾斜攝影測量技術生成DEM、DOM、DLG、DRG及3D模型的精度至關重要。