無人機(jī)傾斜攝影在城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)地形圖測繪中的應(yīng)用

李浩

摘 要：城鎮(zhèn)開發(fā)邊界面臨復(fù)雜自然環(huán)境、艱險地形地貌以及惡劣工作條件等多重限制，傳統(tǒng)勘察手段和方法難以實(shí)施，且安全隱患高、工作效率低、勘察質(zhì)量差.通過大量技術(shù)研究和工程實(shí)踐，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的城鎮(zhèn)邊界測繪，在為城鎮(zhèn)開發(fā)邊界制定的地形圖上，各種先進(jìn)的測繪技術(shù)發(fā)揮著重要作用。作為最具有代表性的測繪技術(shù)，無人機(jī)傾斜攝影被用于城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的測繪，這不僅提高了資源的利用率和測繪的有效性，也確保了城鎮(zhèn)開發(fā)邊界測繪的準(zhǔn)確性和工作的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);傾斜攝影;城鎮(zhèn)開發(fā)邊界;地形測繪

1：500地形圖上測量開發(fā)邊界是基礎(chǔ)地形測繪中最具挑戰(zhàn)性和工作量最重的。然而，由于它包含了詳細(xì)的地形要素，它也是城市規(guī)劃和土地管理的重要基礎(chǔ)信息。目前，該項(xiàng)工作主要采用全站儀和RTK儀器等傳統(tǒng)方法，測量要分多組進(jìn)行，工作強(qiáng)度大，也就導(dǎo)致需要大量的工作人員和專業(yè)的技術(shù)層面，但是最終所接收到的質(zhì)量不高地形的精準(zhǔn)度分布也不均勻等相關(guān)問題，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是最近今年新型的一項(xiàng)技術(shù)，所采用的是運(yùn)用多鏡頭傾斜相機(jī)和無人機(jī)進(jìn)行融合搭載，打破了過去無人機(jī)的傳統(tǒng)拍攝模式，從以前的只能垂直拍攝變成現(xiàn)在的多角度拍攝收集數(shù)據(jù)信息，搭建一個三維模型，實(shí)現(xiàn)真實(shí)場景和多媒體技術(shù)的融合。

一、無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)概述

（一）含義

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)解決了傳統(tǒng)的技術(shù)限制，在同一飛行的平臺上安裝了五個傳感器，一個垂直，四個傾斜，從五個不同的方向和角度平時進(jìn)行圖像拍攝，在進(jìn)行拍攝的同時還記錄高度、速度、航向和側(cè)面重疊以及坐標(biāo)的參數(shù)。如此就建立一個帶有具體數(shù)據(jù)信息的三維模型，為了證實(shí)地形通過傾斜攝影技術(shù)制作的三維模型進(jìn)行了測設(shè)和驗(yàn)證。

（二）原理

無人機(jī)傾斜技術(shù)的基本原理是根據(jù)地面的環(huán)境和地形構(gòu)建一個三維的坐標(biāo)，記錄所測量的地形其特征，加載到連接的計算機(jī)應(yīng)用當(dāng)中，就可以自動生成一個和原地形同比例縮小的地形圖。

（三）技術(shù)流程

采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)開展1∶500地形圖測量的技術(shù)流程如圖1所示。

（三）優(yōu)點(diǎn)

歸納起來，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)主要有4個優(yōu)點(diǎn)：

①起飛和降落時的靈活性。無人機(jī)攜帶方便不需要專門設(shè)置用于起飛和降落的場所，而是可以直接在開闊的地形上起降，并且不那么容易依賴天氣。

②可以進(jìn)行低空作業(yè)。由于無人機(jī)可以在云層下以極低的高度飛行，它解決了通航航空攝影測量中大型飛機(jī)的云層問題，并確保了圖像的完整性。

③成像精度高。通過無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以在低空使用，無人機(jī)所搭載的數(shù)碼相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在高空中拍攝出厘米級的分辨率，實(shí)現(xiàn)高分辨率，完全滿足城鎮(zhèn)開發(fā)地界領(lǐng)域的測繪要求。

二、在城鎮(zhèn)地籍測繪中的應(yīng)用

（一）獲取城鎮(zhèn)開發(fā)邊界測繪相關(guān)數(shù)據(jù)

正確運(yùn)用無人機(jī)的傾斜技術(shù)對城鎮(zhèn)開發(fā)邊界進(jìn)行測量是具有獨(dú)特的優(yōu)勢所在，在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集的時候，有很多的地方具有特殊性和危險性所以這些地方往往是依靠人力無法到達(dá)的，如果需要測繪的地區(qū)面積過大，僅僅依靠人力來進(jìn)行測量是需要大量的時間和人力財力的，但是無人機(jī)的傾斜技術(shù)就可以很好的為我們所用，在特定區(qū)域飛行。無人機(jī)的高飛行速度意味著不需要很長時間就能收集到大面積的數(shù)據(jù)，而且無人機(jī)攜帶專門的攝影設(shè)備可以進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)收集，增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如圖2所示：

（二）技術(shù)要求

建筑模型的通常高度和平面尺寸應(yīng)與實(shí)際比例相符，建筑模型的高度誤差不應(yīng)超過10%。數(shù)字線圖的精度應(yīng)滿足城市規(guī)劃和制作1：500比例尺地形圖的要求。圖根點(diǎn)相對于起點(diǎn)的點(diǎn)位所存在的誤差是不可以大于5厘米的，地物點(diǎn)相對于臨近圖根點(diǎn)的誤差是要求小于0.25厘米，臨近的地物點(diǎn)之間的間距所存在的差距要小于0.20米，圖根點(diǎn)相對于起算點(diǎn)的高程要小于0.05米，高程注點(diǎn)相對于相鄰根點(diǎn)的高度誤差不應(yīng)超過0.17米。

（三）初步處理攝影測量圖像

在有風(fēng)或其他因素的情況下，使用傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)獲得的傳遞圖像可能是不準(zhǔn)確的，這降低了攝影測量的傳遞精度。傳統(tǒng)的研究測繪創(chuàng)新是先收集數(shù)據(jù)，然后再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。無人機(jī)內(nèi)部準(zhǔn)備了信息處理工具，可以在采集時首先處理信息，而且他們也可以利用一些查詢到的數(shù)據(jù)來標(biāo)記和改變操作中的問題。無人機(jī)內(nèi)部裝有記錄裝置，在接收到城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的信息后，首先對圖像進(jìn)行處理，以確保通過拍攝的圖像具有較高的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，大大提高了城鎮(zhèn)開發(fā)邊界測繪的效率。如圖3所示。

（四）修正攝影測量影像中的失誤

在采用無人機(jī)傾斜攝影對城鎮(zhèn)開發(fā)邊界進(jìn)行繪制地形圖時，在收集清晰的圖像過后，無人機(jī)就對圖像的內(nèi)容進(jìn)行了改變，在測量的過程中無人機(jī)和衛(wèi)星上的定位相互聯(lián)系起來，計算機(jī)會搜獲出測量地的準(zhǔn)確地圖，在與無人機(jī)所采集的圖像進(jìn)行校對，找出存在的誤差點(diǎn)，借助于無線網(wǎng)絡(luò)改正圖像的錯誤。

（五）空三加密處理

在應(yīng)用無人機(jī)攝影測量進(jìn)行開發(fā)邊界的測繪時，使用非測量相機(jī)意味著圖像中的光學(xué)畸變是不可避免的，會直接影響攝影圖像，因此必須嚴(yán)格控制。以通信技術(shù)和多媒體技術(shù)等多種技術(shù)為基礎(chǔ)，以載波相位的動態(tài)差分定位為實(shí)時的服務(wù)系統(tǒng)。操作人員只需要連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)，就可以實(shí)現(xiàn)快速定位和記憶定位。此外，能夠快速訪問土地性質(zhì)數(shù)據(jù)，以及傳遞動態(tài)和完整的測繪三維數(shù)據(jù)以及綜合數(shù)據(jù)，使操作人員能夠在時間和空間上24小時自動接收準(zhǔn)確可靠的所有工藝信息，充分滿足與對協(xié)調(diào)規(guī)劃的具體需求，和載波平臺的實(shí)時動態(tài)差的定位相比，衛(wèi)星定位的服務(wù)的持續(xù)運(yùn)行可以顯著的減少測量工作所需要耗費(fèi)的人力以及物力，可以進(jìn)一步的提高工作的效率和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的測繪工作的精準(zhǔn)度，.

三、存在的問題及解決方案

通過實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)一些技術(shù)問題需要進(jìn)一步研究解決，有些是傾斜攝影技術(shù)存在的共性問題，也有無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)特有的問題。

（一）數(shù)據(jù)采集方面

①由于城市建筑物密集，相互遮擋，導(dǎo)致影像多度重疊不均勻，高層建筑物頂部與底部分辨率相差較大，沿街底商部分建模效果不理想，嚴(yán)重影響三維建模效果，需要深入研究和應(yīng)用空地一體化數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，解決空中傾斜影像與地面街景影像聯(lián)合建模的問題。

②現(xiàn)有傾斜攝影設(shè)備只有5個鏡頭，只是從建筑物的上、前、后、左、右5個方向采集影像，不能很好地從360°全面均勻覆蓋建筑物，影響建模效果，應(yīng)在機(jī)載傾斜相機(jī)的配置、飛行方式等方面創(chuàng)新。

③現(xiàn)有輕小型無人機(jī)載荷能力有限，不能搭載較重的大面陣高品質(zhì)的數(shù)碼相機(jī)，在一些要求高分辨率高精度實(shí)景三維項(xiàng)目使用中受到限制，應(yīng)開發(fā)更高性能更大載荷的無人機(jī)系統(tǒng)。

（二）數(shù)據(jù)處理方面

①對原始影像中部分顏色較暗的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期調(diào)色處理。

②對漂浮物進(jìn)行人工刪除、修改等處理后，再對其實(shí)景三維模型進(jìn)行修改，使其三維模型上無漂浮物存在。

③對水面漏洞區(qū)域進(jìn)行人工修改，使三維模型上的水面無漏洞。

④對結(jié)構(gòu)扭曲進(jìn)行人工修正。

⑤對紋理拉花進(jìn)行重新貼圖。

四、結(jié)語

綜上所述，城鎮(zhèn)邊界內(nèi)的地形測量是全面測量和規(guī)劃邊界資源的一個重要工具。近年來，中國城鎮(zhèn)發(fā)展的逐步深入導(dǎo)致了測繪技術(shù)在城鎮(zhèn)發(fā)展邊界測繪中的重要性。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在城鎮(zhèn)開發(fā)邊界測繪中的應(yīng)用，傳遞靈活起降、低飛行高度和高測繪精度的優(yōu)勢。但是，無人機(jī)攝影測量技術(shù)在我國城鎮(zhèn)開發(fā)邊界測繪中的應(yīng)用時間還比較短，研究工作人員需要在今后的實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)展，不斷提高無人機(jī)傾斜攝影在城鎮(zhèn)開發(fā)邊界測繪中的水平。

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