無人機傾斜攝影測量在工程測量中的應用

韋國利

桂林市測繪研究院 廣西 桂林 541001

1 無人機傾斜攝影技術概述

無人機攝影技術是在無人機上安裝以及搭載多個傳感器的方式,可以從多個角度來進行區域拍攝和測量。在無人機的技術不斷發展過程中,其傾斜攝影技能也被運用到多個領域。傾斜攝影技術,也就是在多個角度來提供更高分辨率的影像技術信息,從而能建立起三維模式的數字模型,在進行城市建設、山地測繪發揮著重要的作用,并且與傳統垂直攝影技術比較,通過無人機傾斜攝影在進行測圖工作過程中可以不再佩戴立體觀測眼鏡。對于工作人員而言有方便快捷。當無人機在使用傾斜攝影進行測量的過程是通過將各個攝影點進行前視、后視、右視、左視以垂直等五個角度進行測量,如此就能有效生成一個三維實景模型,通過分析整理、計算就能很快得到地理位置、地勢情況以及縱橫斷面等各方面地域特征。然而在以往的測量方式和方法,僅僅將各攝站點中心投影影像進行整合處理,由此生成正射的影像,但是如何有效分析出地物具體情況還是非常有限的。兩者進行比較,無人機傾斜攝影測量可以有效生成正射影像,同時還能對于多個比例尺進行測制,建立事物三維圖像,對于地物有一個全面的展示,還可以計算出地物的縱橫斷面,為方便研究地物的全方位打下堅實的基礎,更好地發揮其測量作用。

2 無人機傾斜角度攝影的原理、運用優勢

2.1 無人機傾斜角度攝影的原理分析 無人機傾斜攝影技術是在無人機上面,來進行安裝多臺數碼相機,那么相機則可以從多個角度來進行收集具有高分辨率的圖像,這種技術是建立在五鏡頭傾斜攝影系統權利進行處理,同時也所采集的數據以及像控點的數據有機地結合起來,在根據數據計算和相關軟件得到數字表面的模型以及三維正射模型。

2.2 無人機傾斜攝影的優勢

2.2.1 獲取多角度的信息 在傳統的攝影技術條件下,只能獲取到垂直攝影一個角度攝影,因此,對于地物的其他角度的形狀不甚了了解,那么在進行測算過程中單憑一方面的圖形是很難對地物進行全方面的了解。然而通過引入無人機傾斜攝影,有效解決這方面的問題,這種方式可以得目標的各個側面信息,在通過綜合分析的方式,有效彌補了傳統垂直攝影的缺失。在多個角度獲取到的測繪圖形,那么就能利用三維立體的計算模型進行搭建,更好地促進測量工作目標的實現,提高測繪信息的水平和質量。

2.2.2 對于待測的目標還原度高 在進行待測的目標還原過程中要堅持按照步驟進行,為后續項目的跟進有很好的指導價值。然而在傳統的垂直攝影技術條件下只能獲取單方面的地理信息,在進行還原工作存在很大的困難,然而通過運用到無人機傾斜攝影就能獲取多方面的信息,對待測的目標物進行多角度、側面角度等信息的收集,能更好地還原待測目標的工作。

2.2.3 待測目標成像更清晰 在無人機傾斜攝影過程中,由于其具有攝影的功能,因此要搭載多頭攝像頭,同時在進行拍攝過程中分辨率更高,那么對于目標地的各種紋路能更好地呈現反饋,與此同時,這對待測地的周圍環境成像也是非常清晰的。

3 無人機傾斜攝影測量的具體應用

3.1 在航線設計方面的應用 無人機傾斜攝影與垂直攝影相比,具有多角度采集影像數據的特征,因此,其可以展開對無人機的鏡頭和待測目標距離、飛行高度等方面數據的計算,有利于提高計算的準確性,讓航線設計工作有了新的指導方向,提高了航線設計的工作效率。

3.2 在地面觀測方面的應用 在測量工程中,地面觀測是其重要的工作環節之一。進行地面觀測時,不僅需要對地面的平面特征進行觀測,還需要對地面的狀態、存在的目標等進行觀測。傳統的垂直攝影在觀測時,往往只能從頂部入手,而無法觀測到其他的信息,如與地面高度方面的信息。傾斜攝影技術的多角度拍攝特征,可以獲知地面高度的變化。這些信息對于測繪人員來說具有重要的作用,通過為其提供高度信息,可以使測繪人員對地面不同高度的目標分析更為準確,也有利于提高其測繪分析的效率。

3.3 在GPS布設方面的應用 在測量工程中,GPS布設也是其中關鍵的一環,有利于實現無人機攝像數據的同步,是提高工作效率和效果的重要途徑。想要實現這一目標,就需要對GPS布設的精度有著嚴格要求。在完成GPS布設后,接下來要做的工作便是接收信號,可以說信號接收是在完成GPS布設的基礎上進行的,目的在于更順暢地接收測繪方面的數據。無人機在接收信號前,首先應保障其具有充足的供電,對于傳統的垂直攝影方式而言,由于得到信息密度較低,需要擴大面積來完成對待測目標的攝影,無疑會延長攝影時間,因而需要無人機擁有更充足的供電。傾斜攝影是以多種攝影模組的形式存在的,可以用更少的拍攝次數來進行多角度的拍攝,大大縮短了攝影工作時間,能夠有效降低無人機在供電方面的壓力,擴大其攝影工作的范圍,讓GPS布設的工作效率提高到一個新的等級。

3.4 在數據處理方面的應用 無人機在攝影完成后,需要對攝影采集到的數據進行處理和分析,從而為后續工作的順利開展奠定扎實的基礎。傾斜攝影技術與傳統攝影技術相比,能夠從多個角度來獲取等待測試目標的信息,有效增加了數據處理的維度,獲得更多的參考信息,大大提高了數據處理工作的效率和效果。此外,由于傾斜攝影技術搭載了預處理系統,可在攝影完成后利用這一處理系統來對數據進行初步處理,一些無效的數據能被有效剔除,大大提高了POS數據處理效率,使其精度和速度都提升到了一個新的高度。具體來說,無人機數據處理使用的軟件共包括兩類,分別為Smart3D4.4.9、EPS2016三維測圖軟件。這兩種軟件具有不同的工作原理,如Smart3D軟件構建三維實景的模型和測區正射影像的數據來源于無人機影像；EPS2016三維測圖軟件則是根據測區正射影像、三維實景模型來進行三維的測圖。相關工作者在處理無人機的影像前,首先要做的是對采集到的影像數據的處理工作,如篩選、剔除,將曝光度較高、成像模糊或重復的影像進行刪除處理,否則Smart3D軟件的處理工作將無法順利完成；其次,便是對像控點的處理,可將其刺在影像上,并對空中的三角測量加以處理。在進行這部分工作時,由于POS數據會自動寫進影像中,因此處理時無須再將POS數據導入,而是處理完像控點之后就可以進行空中三角測量的處理。此外,還可以從工程的實際需要出發,來對Smart3D軟件的參數進行設置,軟件便會自動構建；最后,利用EPS2016軟件讓二三維聯動起來對地形圖進行繪制。這樣的測量方法能夠提高測量的精度,降低地理環境對其的影響,提高其數據處理效率。無人機數據處理流程如圖1所示。

圖1 無人機數據處理流程

3.5 在質量控制方面的應用 傾斜攝影技術的信息來源更加豐富,這對于提高質量控制效率來說具有重要的作用,同時也是提高測繪精度的重要途徑。傾斜攝影的質量控制主要包括：在數據獲取中的質量控制、對數據本身的質量控制。

3.5.1 數據獲取控制 無人機在攝影中獲得的數據較多,影響數據獲取的因素眾多,如攝影時間、角度、高度等。傾斜攝影技術由于能夠從不同的角度來拍攝,通過對其進行對比、分析,可以大大提高測量工程中的無人機成像質量。與此同時,通過預先設計航線,保障了所拍攝的影像質量,當其不符合測量方面的要求時,可以通過補拍的方式,來降低測量工程工作中的誤差。

3.5.2 數據質量控制 數據質量對于測量工程來說至關重要,是決定其水平高度的重要因素。當無人機在拍攝完成后,POS可對GPS數據和拍攝的數據進行處理、分析,在此過程中,一些不連續的數據能夠得到有效的補充。傾斜攝影可以大大提高數據的處理質量,可以使相關的數據信息更全面、更精確,因此,數據與傳統垂直攝影技術相比,出現的不連續數據較少。與此同時,由于信息密度較大,也會大大提高數據補全工作效率。

4 結語

無人機傾斜攝影技術作為一種新型技術,在現代測量中發揮著重要的作用。本文對其具體應用進行了重點探究。無人機傾斜攝影技術具有廣泛的應用,具體體現在航線設計、地面觀測、GPS布設、數據處理以及質量控制等方面。傾斜攝影無人機以搭載的多組鏡頭優勢,可以對需要測定的目標進行多角度的拍攝,在提升信息密度的同時,也能使呈現的影像更為立體和直觀。