無人機傾斜攝影測量技術在測繪工程中的應用

姜統民

摘要：隨著無人機傾斜攝影測量技術的發展，它以其獲取地面信息快速、準確的特點，被廣泛應用于大比例尺地形圖測繪工程中。它為大比例尺地形圖測繪項目提供了滿足精度要求的信息數據，有效地解決了傳統測繪領域工作量大、工程造價高、效率低、工作周期長的問題，進一步提高了大比例尺地形圖測繪的生產效率。

關鍵詞：無人機傾斜;攝影測量技術;測繪工程;的應用

導言：在21世紀的現代社會，無論是人們的日常生活還是各行各業的發展都受到了科學技術發展的深刻影響，產生了重大而深遠的變化。其中，傾斜攝影測量是隨著科學技術的發展而產生的一門重要科學技術。它是通過同一飛行平臺配備多個傳感器同步采集圖像，獲取實物信息，廣泛應用于經濟建設的諸多領域，充分發揮其優勢。隨著傾斜攝影測量技術的發展，對航空攝影的效率、清晰度、分辨率等方面提出了更高的要求，推動了傾斜攝影測量技術的創新和向無人機傾斜攝影測量的轉變。無人機傾斜攝影測量的出現，極大地拓展了攝影測量的應用范圍。

1無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術是在無人機上搭載影像采集傳感器， 并且同時從垂直和4個傾斜的方向采集出5個不同角度的影像， 拍攝出一個真實直觀的世界。伴隨著無人機技術的高速發展， 相關行業對無人機所具備的垂直攝影技能和傾斜攝影技能進行廣泛使用。通過對無人機的這2種技術進行對比發現， 無人機傾斜技術可以在各種角度獲取高分辨率的影像信息， 還能自動生成數字三維模型， 并非常廣泛地應用到城市管理、應急救災搶險和建設智慧數字城市過程中。對比傳統正射攝影測量技術， 再也不用佩戴立體觀測眼鏡開展測圖工作。

2傾斜攝影測量原理及特點

2.1 傾斜攝影測量原理

無人機傾斜攝影測量技術的原理就是在無人機飛行平臺上， 通過多個數碼相機， 以垂直或者傾斜等多種角度來對地物進行拍攝。而在拍攝過程中， 比較常用的五鏡頭傾斜攝影系統充分結合了無人機平臺的GPS/IMU系統， 由此來獲得POS數據以及相關圖像控制點的數據， 然后再通過相應軟件來對數字表明模型和數字正攝影圖像和3D模型進行有效地處理。

2.2 傾斜攝影測量技術特點

一是圖像的立體效果更逼真，人的感知能反映在更逼真的狀態;其次，可以為建模提供更真實、更豐富的紋理信息;三是能夠全面實現高精度測量。另外，無人機完全可以實現低空遙感作業，不僅操作相對簡單，而且操作性較強，圖像采集周期大大縮短。由此我們可以看出，無人機傾斜攝影測量技術獲取真實的三維模型，同時利用矢量制圖平臺獲取地形圖所需的相關要素，可以大大改變傳統測量技術的缺點，在很大程度上提高了測量的效率和質量。為工程建設的順利開展提供了更有效的數據支持。

2.3傾斜攝像機性能要求

在傾斜攝影測量系統中，鏡頭的數量和種類很多，不僅是多鏡頭，單鏡頭也可以從不同角度獲取圖像，可以實現單架次作業的廣度和深度。一般無人機進行航測時，其像素控制在3600萬（全畫幅）以上。由于傾斜攝影技術控制一次曝光獲得的圖像像素，因此在測量過程中單個相機的像素不能固定，但是工作時間、電池壽命、曝光功能和圖像采集功能都會受到限制，盡管由于成本的原因，設備曝光可以得到更好更高的像素，需要適當控制。一般情況下，單個鏡頭的像素應該控制在2400萬以上，曝光的像素也應該控制在1.2億。另外，為了滿足特定條件下的測量需要，相機的工作時間應控制在90分鐘以上，并應保證能夠全天工作。目前隨著無人機技術的發展，無人機可以給相機供電，大大提高了作業效率，而且具有曝光時間短功能的相機更能完全滿足影響重疊的具體要求。

3無人機傾斜攝影測量技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

3.1 航線設計

由于無人機傾斜攝影具有多角度的特點，因此，通過對無人機飛行高度、鏡頭焦距、攝影傾斜的角度以及鏡頭的分辨率等數據進行計算，可以提升數據分析的準確性，從而為航線設計工作提供幫助。

3.2地面觀測

地面觀測是測繪工作的關鍵環節之一。地面觀測環節不僅需要觀測地面的平面特征，還需要觀測地面的狀態、地面上的物體以及起伏地面的高差。然而，傳統的正射影像只能從頂部獲取信息，很難觀測到與地面高度有關的數據。傾斜攝影測量技術可以通過多角度攝影獲得地面高度變化的信息。這種高差信息可以幫助測量人員對地面不同高度的目標進行分析，使分析結果更加詳細，提高測繪分析水平。

3.3 GPS部署

GPS布設是測繪工程中的一個關鍵問題。通過GPS布設，可以實現無人機攝像頭數據的同步，提高工作效率，這對GPS布設的精度提出了更高的要求。另外，GPS布設完成后，需要接收信號，這是在GPS布設的基礎上完成的，以便接收來自無人機的測繪數據。在接收到信號之前，必須確保無人機的電源充足。然而，由于信息密度有限，傳統的正射影像方法需要拍攝更大面積的目標，延長了拍攝時間，對無人機的供電提出了更高的要求[3]。傾斜攝影可以通過各種攝影模塊在較少的拍攝時間內完成多角度攝影，縮短了攝影所需的時間。這樣可以降低無人機的供電壓力，擴大無人機的拍攝范圍，提高GPS部署效率。

3.4數據處理

在無人機拍攝后，有必要對拍攝數據進行處理，為后續的工作打下基礎。與傳統的攝影技術相比，傾斜攝影技術可以從多個角度獲取被測目標的信息，增加了數據處理的工作量。多角度數據可以為數據處理工作提供更多的參考，從而提高數據處理工作的效率。

另外，裝備傾斜攝影測量技術的無人機一般都配備了預處理系統。無人機的預處理系統可以在完成攝影后對數據進行簡單地處理。預處理系統可以消除采集數據中的無效數據，從而降低POS后數據處理的難度，提高數據處理的速度和精度。

3.5質量控制

與傳統的垂直攝影技術相比，傾斜攝影測量技術不僅具有更多的信息量，而且具有更好的質量控制，對高精度測繪有很大的幫助。傾斜攝影測量的質量控制主要包括兩部分，一部分是數據采集過程中的質量控制，另一部分是數據本身的質量控制。

3.5.1 數據獲取中的質量控制

無人機在攝影中需要取得大量的數據，因此，決定數據獲取質量的影響因素很多，例如，攝影的時間、傾斜攝影的角度、攝影的高度、照片質量等。而傾斜攝影的方式可以將不同角度下所拍攝的影像進行比對，通過對不同角度下影像的重疊度進行分析，可以有效地保證測繪工程中無人機成像的質量。同時，結合預先設計好的航線，可以最大限度地保證所拍攝的影像的質量，在所拍攝的影像不符合測繪的要求時，可以及時地進行補拍，從而減小測繪工程中的誤差。

3.5.2 數據質量控制

數據質量是決定測繪工程水平的關鍵，當無人機拍攝完畢后，需要借助POS對其所拍攝的數據進行處理，同時對GPS數據進行分析，以便對數據不連續的部分進行補全。而傾斜攝影在提升數據處理質量方面具有天然的優勢，傾斜攝影方式獲得的數據信息更加全面，因此，數據不連續的部分較少;同時信息密度較大的數據也可以顯著提升數據補全工作的效率。

結束語

總之， 與傳統的測量技術相比， 無人機傾斜攝影測量技術具有非常顯著的優勢， 其不僅影像的清晰度高， 而且所出的模型也更精細和真實， 因此能夠更好地滿足工程項目對建筑模型的需要。在三維模型構建完成以后， 技術人員還可以將其與地下管線工程進行有效地結合， 通過GIS、可視化以及三維仿真技術來對已建設完成的地下空間進行查詢和展示， 由此來為工程建設提供更加精確的數據資料。

參考文獻

[1]譚仁春， 李鵬鵬， 文琳， 潘澄.無人機傾斜攝影的城市三維建模方法優化[J].測繪通報， 2016 （11） ：39-42.

[2]孫亮， 夏永華.基于無人機傾斜攝影技術測繪大比例尺地形圖的可行性研究[J].價值工程， 2017， 36 （8） ：209-212.

[3]趙宏， 杜明成， 吳俐民， 勾威， 鄭瑩崗， 趙雷， 靳曉蘭.基于傾斜攝影測量技術的智慧城市5D產品制作工藝實現[J].測繪工程， 2016， 25 （9） ：73-76.

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