地形成圖測繪中無人機傾斜攝影的應(yīng)用研究

陳超 謝強 李彪

江蘇省地質(zhì)測繪院 江蘇南京 211102

無人機傾斜攝影技術(shù)操作靈活、效率高，且成本偏低，在拍攝測量角度時可從垂直、傾斜等角度進行，最終獲取的影響信息更加豐富，可將地物情況更全面的反映出來。因此，將無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于地形圖測繪中，可實現(xiàn)地理信息的快速獲取，能將更精準的信息數(shù)據(jù)供于地圖繪制，可將地圖繪制精度方面的要求有效滿足。

1 無人機傾斜測量技術(shù)概述

1.1 無人機傾斜攝影基本原理

傾斜攝影技術(shù)早期主要負責采集建筑外立面紋理信息，且是安置在有人飛機上。近年來，無人機傾斜攝影技術(shù)獲取了更顯著的發(fā)展，其內(nèi)新增的空三模塊能夠處理采集到的圖形，可從多角度采集建筑物場景信息。傾斜技術(shù)相機傳感器包含兩種鏡頭，其一為3個傳感器鏡頭，其二為5個方向的傳感器鏡頭。在傳感器鏡頭的運用下，能夠從前、后、左、右及垂直方向?qū)Φ匚镎归_拍攝，同時可完成相應(yīng)影響數(shù)據(jù)和信息的獲取。隨后，進入?yún)^(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、影像匹配及DSM生成等環(huán)節(jié)。

1.2 無人機傾斜攝影技術(shù)特點

無人機傾斜攝影技術(shù)的特點由下述幾方面組成：其一，將傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)充分融合在內(nèi)，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)了更深層次的發(fā)展，形成了傾斜攝影技術(shù)，通過無人機的搭載，可支持影像數(shù)據(jù)采集并建立三維模型；其二，在地物影像數(shù)據(jù)的獲取中，可從不同視角與視點進行，地物位置、外觀及高度情況的反映更全面[1]。同時，還可輸出包含DOM、DSM、DLG等在內(nèi)的多種結(jié)果；其三，具有更大的視場角、更高的分辨率；其四，針對同一地物，能將多重分辨率影像獲取。

2 無人機傾斜攝影實例

2.1 影像數(shù)據(jù)獲取

某地形圖測繪期間，采用八旋翼型無人機展開試驗。它包含五個鏡頭的傾斜相機、八旋翼型無人飛機平臺、遙控設(shè)備及地面監(jiān)控站等。

該試驗中，航高設(shè)計相對為300m，飛行架次共計2次，航帶規(guī)劃20條，航向重疊度75%。五個鏡頭共計拍攝了1萬余張照片。

2.2 POS數(shù)據(jù)計算

采用無人機傾斜攝影能夠高效率、快速的采集影像數(shù)據(jù)，然而因無人機重量輕、體積小，與傳統(tǒng)大飛機航測相比，姿態(tài)穩(wěn)定性不足。八旋翼型無人機飛行中，其姿態(tài)在自駕儀的運用下不斷調(diào)整，極有可能出現(xiàn)大旋偏角，存在嚴重影響畸變的風險。對此，首先應(yīng)將POS數(shù)據(jù)格式更改，確保能夠朝著軟件Photo Scan順利導入[2]。打開“工具”中的“相機校準”，在將相機精度合理調(diào)節(jié)并修正之后，完成相機焦距、像元尺寸大小等多個參數(shù)的輸入。無人機畸變校正參數(shù)：3.61mm 焦距長度，1.58un 像元尺寸，輸入后可自動改正像主點偏移量。

2.3 點云數(shù)據(jù)獲取

在垂直影像相機校正處理及傾斜角度攝影結(jié)束后，依托POS數(shù)據(jù)、地面控制點處理計算，能夠較精確的獲取每張航片的方位信息。隨后，以POS數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)為對象，通過空中三角測量獲取外方位元素。以Photo Scan平臺影像密集匹配技術(shù)為依據(jù)，結(jié)合影像數(shù)據(jù)及空中三角測量得到的結(jié)果，可將影像匹配點云數(shù)據(jù)順利采集。

2.4 三維建模生成

將密集匹配技術(shù)獲取的點云數(shù)據(jù)與POS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)及空中三角測量結(jié)果聯(lián)合之后，順利構(gòu)成試驗區(qū)域三維建模。三維建模在密集匹配技術(shù)的實施下，具備更顯著的硬件性能。POS數(shù)據(jù)無人機在地面控制點下高度自動化三維重建測區(qū)地貌，具備真實紋理的三角網(wǎng)絡(luò)模型。同時，傾斜攝影原理與三維模型的聯(lián)合運用下，三維模型精確性更加顯著。

2.5 地形圖平面精度檢查

為對試驗區(qū)地形圖平面精度進行檢測，共計進行15個平面檢查點的實地測量，下表1為地形圖平面精度數(shù)據(jù)情況[3]。采用誤差（M表示檢查點點位誤差，n表示檢查點個數(shù)），代入表1所述的ΔX、ΔY和ΔXY數(shù)據(jù)，取得0.74的檢查點點位誤差。依據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）中給出的0.8mm的點位誤差，參考比例尺為1：500，在計算之后即可獲取0.4的點位誤差限差，證實了此次試驗點位誤差與1：500比例尺精度要求相符合。因此，地形成圖測繪中無人機傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，精確度可靠。

表1 平面檢查點地形圖平面精度數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

本次地形圖測繪試驗中，通過無人機傾斜攝影的運用所獲取的結(jié)果，經(jīng)檢驗之后與相關(guān)要求相符合。這也證實了無人機傾斜攝影技術(shù)在地形成圖測繪中的應(yīng)用，不但有助于數(shù)據(jù)精度的提升，同時也可實現(xiàn)自動化測繪。然而，具體應(yīng)用實踐中，無人機傾斜攝影技術(shù)依舊有個別問題存在，相關(guān)人員需要著重予以關(guān)注并積極改進，同時還需深入探索，以便該技術(shù)能夠得到更廣泛的應(yīng)用。