無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在城市基礎(chǔ)測繪中的應(yīng)用

李睿鑫

泰州市地理信息測繪院（225300）

無人機(jī)是測繪工作中常用的測繪工具，可以通過高空拍攝觀測的技術(shù)優(yōu)勢，全方位反映物體各方面屬性，包含高度、位置、外觀等。其中，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)更是隨著行業(yè)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，逐漸受到業(yè)內(nèi)青睞，并加以推廣，可以用最快速度完成對(duì)影像數(shù)據(jù)的采集，提高三維建模的自動(dòng)化水平。傾斜攝影得到的可量測影像數(shù)據(jù)，可以直接讀取空間位置信息，有DLG、TDOM、DOM、DSM等不同形式[1]。當(dāng)前技術(shù)發(fā)展背景下，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在城市基礎(chǔ)測繪中，尚有較大的開發(fā)潛力，未來需要在明確規(guī)定的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下，不斷優(yōu)化技術(shù)，從而更好發(fā)揮技術(shù)的價(jià)值。

1 無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)

無人機(jī)在當(dāng)前測繪行業(yè)應(yīng)用較多，技術(shù)相對(duì)成熟，市場種類繁多。如果以動(dòng)力系統(tǒng)區(qū)分，無人機(jī)主要包含電池動(dòng)力與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力兩種。以飛行方式區(qū)分，無人機(jī)主要包含旋翼與固定翼。旋翼無人機(jī)又可依照數(shù)量的多少，細(xì)分為單旋翼與多旋翼。電池動(dòng)力的成像質(zhì)量較之內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力更好，固定翼的續(xù)航性能與作業(yè)效率較之旋翼更優(yōu)。旋翼相較于固定翼，則具備更好的穩(wěn)定性[2]。鑒于每個(gè)無人機(jī)都有不同的用途，因此性能標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異。用于測繪的無人機(jī)，相較于其他類型無人機(jī)，無疑在飛行標(biāo)準(zhǔn)上更高，應(yīng)具備更大載重能力，抗風(fēng)等級(jí)應(yīng)更高，巡航速度更快，同時(shí)具備更大續(xù)航，從而實(shí)現(xiàn)整體實(shí)用性的提升。具體而言，無人機(jī)載重下限不應(yīng)低于2 kg，抗風(fēng)等級(jí)應(yīng)在4級(jí)風(fēng)速以上，固定翼無人機(jī)巡航速度應(yīng)超過每秒10 m，多旋翼無人機(jī)巡航速度應(yīng)為6 m/s。在續(xù)航方面，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力類型無人機(jī)巡航時(shí)間應(yīng)超過60 min，電池動(dòng)力類型應(yīng)超過25 min；升限應(yīng)超過1 000 m，海拔應(yīng)在3 000 m以上。

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)對(duì)傾斜相機(jī)有一定程度的性能要求。《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》明確規(guī)定，垂直攝影的成片傾角應(yīng)在5°以下，即使條件特殊，也不能超過12°。當(dāng)前無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)已經(jīng)有了較大發(fā)展，傾斜攝影的范圍相較過去也有所拓寬，傾角15°以上的都可以算為傾斜攝影，而且沒有具體規(guī)定相機(jī)鏡頭數(shù)量。無人機(jī)傾斜攝影的技術(shù)指標(biāo)是角度影像獲取能力、單架次作業(yè)深度與廣度。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，無人機(jī)航拍攝影鏡頭像素應(yīng)在3 500萬以上，而在傾斜攝影中，可以取消限定單個(gè)相機(jī)像素的規(guī)定，僅控制曝光影像像素即可。至于如何確定傾斜相機(jī)自身性能，則可以聚焦于POS記錄功能、續(xù)航性能、曝光功能、拍攝時(shí)間、影像成品質(zhì)量等方面[3]。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)原理

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是在一個(gè)無人機(jī)上裝設(shè)一定數(shù)量的鏡頭和傳感器，當(dāng)前以五鏡頭相機(jī)應(yīng)用較多。在同一時(shí)間，采集影像的不同角度（傾斜或垂直方向），從而提高物體信息的完整性。以垂直方向拍攝的影像為正片，為一組影像，若鏡頭方向和地面形成一定夾角，此時(shí)的影像則為斜片，為四組影像。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可滿足多角度采集信息的要求，和影像POS信息、控制點(diǎn)相配合，會(huì)在影像不同點(diǎn)位上生成三維坐標(biāo)，借助影像數(shù)據(jù)就可以完成量測點(diǎn)線面的任務(wù)，測量精度可達(dá)厘米級(jí)，形成三維地理信息模型，從而方便測量人員對(duì)地理信息進(jìn)行讀取，完成建筑物的測量工作。

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)獲取的影像，其中的環(huán)境信息都是極其真實(shí)且豐富的，可以深度挖掘影像信息中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，不僅不會(huì)產(chǎn)生較大成本，而且效率較高，可以方便測繪人員靈活操作，且保證理想的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，對(duì)測繪內(nèi)業(yè)和外業(yè)之間工作協(xié)同性的提升大有裨益，也能避免惡劣天氣因素對(duì)人工測繪造成的負(fù)面影響[4]。

由于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)獲得的影像是三維的，因此符合數(shù)字城市發(fā)展的大勢所趨，可以在城市規(guī)劃和基建方面作出突出的貢獻(xiàn)。從某種意義上說，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)令遙感影像適用范圍得到了極大拓展，可減少傳統(tǒng)航空攝影只能基于正向角度對(duì)影像件進(jìn)行采集和獲取的弊端，即使從多個(gè)角度獲取影像信息，也能保證較高分辨率。

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可以提高人員視覺城市場景的真實(shí)性，在GNSS技術(shù)的基礎(chǔ)上，在城市地理信息框架中，通過三維城市建模的方式，進(jìn)一步保證地理信息的豐富性，從而令三維城市建模成本進(jìn)一步降低，保證用戶體驗(yàn)不受影響。

3 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃中的價(jià)值

數(shù)字城市是數(shù)字地球的重要組成元素，可以將城市各類信息和地理信息有效結(jié)合，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上存儲(chǔ)，供用戶自由訪問，形成城市之間互聯(lián)的虛擬空間。這可以充分發(fā)揮無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢，通過軟件生成點(diǎn)云，完成模型的建造過程，相較于傳統(tǒng)測量方法，不僅有效提高了運(yùn)行效率，而且可獲得更加精確的影像，在利用無人機(jī)載體的前提下，完成三維空間數(shù)據(jù)的采集，快速完成城市三維模型的構(gòu)建。城市規(guī)劃信息的采集，主要包含以下方面[5-6]。

3.1 數(shù)字線劃圖

城市環(huán)境圖件的重要形式就是數(shù)字線劃圖，可以為后續(xù)城市設(shè)計(jì)、城市管理和城市規(guī)劃工作打下基礎(chǔ)。城市數(shù)字線劃圖主要為城市建筑高程、屋頂矢量以及建筑外框信息，負(fù)責(zé)內(nèi)業(yè)的工作人員可以結(jié)合屋頂坐標(biāo)與建筑外框，形成白模。

3.2 城市測區(qū)劃分

城市測區(qū)的劃分需要以模型的相同或相似為基準(zhǔn)，在編號(hào)或模型命名上加強(qiáng)統(tǒng)一性，從而有助于項(xiàng)目管理。

3.3 地物屬性表

地物屬性表可以針對(duì)地物名稱進(jìn)行記錄，了解模型的名稱、編號(hào)、坐標(biāo)、航速、航高、航向重疊現(xiàn)象等不同信息。

3.4 地物傾斜影像

地物傾斜影像指的是通過無人機(jī)傾斜攝影獲取的地物影像，以地物屬性信息為主，并應(yīng)用同一文件夾存儲(chǔ)地物影像。

4 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)建設(shè)方案

4.1 無人機(jī)傾斜攝影

以35 mm定位正攝像機(jī)鏡頭焦距，其他4個(gè)鏡頭焦距為50 mm，以4.0～4.5 cm為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置地面分辨率。相機(jī)為手動(dòng)模式，6.3的光圈，快門速度應(yīng)在1/1 600~1/1 250 s，曝光量適中，在保證理想的影像質(zhì)量同時(shí)，也可以和相移限制條件高度相符。5個(gè)鏡頭的方向包含前后、左右、下方等方向。處理正射影像數(shù)據(jù)時(shí)，可以基于下視鏡頭影像數(shù)據(jù)，完成高空三角測量。正射影像不能有太大反差，同時(shí)保證影像的清晰度達(dá)到要求。為滿足圖像信息的讀取要求，色彩應(yīng)盡量豐富。同時(shí)，影像紋理應(yīng)當(dāng)清晰，不能有拉花或者變形等問題。

4.2 正射影像掛圖

正射影像掛圖以1∶3 500的標(biāo)準(zhǔn)控制比例尺的大小，130 cm×150 cm為掛圖規(guī)格。各事業(yè)單位、企業(yè)單位、政府機(jī)關(guān)、道路都會(huì)在影像掛圖上標(biāo)注。

4.3 圖庫一體化采編

依靠三維EPS地理信息總系統(tǒng)，可以通過相應(yīng)的程序，完成圖庫一體化采編、建筑以及其有關(guān)的附屬設(shè)施，都會(huì)列入三維模型數(shù)據(jù)的考慮范圍之內(nèi)。如果某些建筑物建模質(zhì)量不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)業(yè)工作人員認(rèn)為準(zhǔn)時(shí)采集較難，應(yīng)標(biāo)注外業(yè)實(shí)測，后續(xù)進(jìn)行核查。

5 結(jié)語

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是測繪新技術(shù)的一種，可以基于不同角度獲取傾斜影像資料，提高影像采集的分辨率和清晰度，提高城市三維模型產(chǎn)品的精確程度，助力數(shù)字化城市的建設(shè)。