基于無人機傾斜攝影技術(shù)的地形圖測繪方法研究

惠章珂 程坤 解曉敏

摘要：近年來，無人機傾斜攝影技術(shù)在測繪領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，已成為一種新型的測繪技術(shù)，它可以通過三維數(shù)據(jù)真實地反映出地面表面狀況、物體高度和位置等。而在地形圖測繪工作中，利用無人機傾斜攝影技術(shù)，可以快速地采集到地理信息數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了3D建模的全自動化。就目前該項技術(shù)的實際應(yīng)用情況來看，該技術(shù)已得到眾多行業(yè)的一致認可，但從目前該技術(shù)的應(yīng)用標準來看，缺乏國家統(tǒng)一實施的測量標準，導(dǎo)致無人機傾斜攝影技術(shù)在實際應(yīng)用中缺乏有效依據(jù)，限制了其推廣應(yīng)用，因此，有必要在地形圖測繪工作中對該技術(shù)的具體應(yīng)用進行研究。

關(guān)鍵詞：地形圖測繪;無人機;傾斜攝影;應(yīng)用

前言

地形圖測繪在數(shù)字化時代的背景下，也逐漸向數(shù)據(jù)信息化方向發(fā)展。地形圖測繪工作中，其精度一般都有較高的要求，但在實際測繪工作中，由于傳統(tǒng)的測繪方法受氣候、地質(zhì)、人為等因素的影響，造成測繪時間長、精度差。而且隨著無人機傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用，可以減少和避免這些因素的影響，從而提高地形圖測繪的效率。所以本文就是在地形圖測繪中，對無人機傾斜攝影的具體應(yīng)用進行探討。

1無人機傾斜攝影技術(shù)的概述

無人機傾斜攝影技術(shù)是利用無人機進行空中定點攝影，然后對工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行測繪的一項技術(shù)。近幾年來，測繪技術(shù)突飛猛進，傾斜攝影就是其中之一，它是一種新興的測繪技術(shù)，它把視角更多地放在一個方向上，通過安裝傳感器，增加了影像采集角度，從而把用戶帶到了一個更新穎的世界，使肉眼看到的更真實。這項技術(shù)研究的是區(qū)域5個點的影像，5個點分別是：垂直、左視、右視、前視和后視，它們構(gòu)成了三維實景方面的模型，展示了被拍攝區(qū)域地物的大小、形狀、側(cè)面等特征。常規(guī)攝影測量主要是制作正攝方面的影像和繪制各類比例尺的地圖;傾斜攝影測量除具備上述功能外，還能制作三維實景模型，測量地物的縱橫、側(cè)面等，并模擬三維場景，通過360度無死角拍攝地物，提高了攝影測量的應(yīng)用范圍。

2無人機傾斜攝影技術(shù)特點及其硬件設(shè)施的性能要求

2.1技術(shù)特點

無人機傾斜攝影技術(shù)既能真實地反映地面實際情況，又能節(jié)省大量的三力資源，并能在精確程度上利用先進技術(shù)嵌入地理信息。無人機傾斜攝影與以往的正攝影像相比，既能如實地反映測量區(qū)域和周圍的實際情況，又能從多角度實現(xiàn)對地物的觀測，使地物的真實情況得到更真實的反映，從而彌補了正攝影像應(yīng)用上存在的局限性。此外，無人機傾斜攝影技術(shù)還可采用相應(yīng)的應(yīng)用軟件來實現(xiàn)對單張影像進行測量，可直接在成果圖像條件下進行高程、長度、面積等測量，使傾斜攝影產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍不斷擴大。另外，該技術(shù)在收集地形側(cè)面紋理信息時，能有效地應(yīng)用3D建模實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集，還能將這種特性應(yīng)用于航空攝影的大范圍成體，并可通過貼紋理和批量提取等方法實現(xiàn)地形3D建模成本的有效降低。

2.2硬件設(shè)施的性能要求

2.2.1無人機性能要求

由于無人機的飛行平臺在運行時，自身會形成振動，在成像質(zhì)量上，以電池為動力的無人機要優(yōu)于以內(nèi)燃機為動力的無人機;而在無人機的工作效率上，則要優(yōu)于以時間為動力的無人機。目前有很多種無人機，由于它們在使用上的不同，造成了無人機的性能上的差異。無人機用于測量測繪工作，對飛行要求和標準都有較高的要求，對其巡航速度、載重量、測量效果等都有較高的要求。舉例來說，無人機的最小載重為2kg;無人機使用的電池必須在25min以上才能使用;內(nèi)燃機無人機的最大載重通常在1h;無人機的最大載重應(yīng)超過4級風。

2.2.2傾斜相機性能要求

無人機傾斜測量技術(shù)對于垂直攝影有一個非常明確的要求，即目前正在實施的《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z3005—2010），該規(guī)范中所提出的要求是：一般無人機傾斜角度應(yīng)控制在5°以內(nèi)，最大角度應(yīng)在12°以內(nèi)。當今是科技高速發(fā)展的時代，在此時代背景下，航測軟件在處理能力上不斷地實現(xiàn)著提升。根據(jù)我國現(xiàn)行國家有關(guān)標準的規(guī)定，無人機傾斜攝影測量可以實現(xiàn)對15°以上傾角位置的測量。隨著無人機傾斜攝影技術(shù)的不斷發(fā)展，傾斜相機不再局限于相機鏡頭的數(shù)目。在目前階段，無人機傾斜攝像相機的突破點在于如何同時獲得所有角度的測量數(shù)據(jù)，并保證一次作業(yè)測量范圍的有效延伸。

3無人機傾斜攝影技術(shù)在3D模型地形圖測繪中的應(yīng)用

3.1可應(yīng)用于空中3D建模精度的評價

數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范（GB/T23236-2009）曾明確規(guī)定，主要是對相對定向相片連接點的數(shù)目和測量誤差做出了明確規(guī)定，但在空中3D建模過程中，在無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于相關(guān)指標方面沒有做出明確規(guī)定，而且在單一連接點指標方面也沒有做出明確規(guī)定，因此，在實施地形圖測繪過程中，不應(yīng)將傳統(tǒng)方法下的空中3D建模測量技術(shù)用于實施指標規(guī)定，而應(yīng)從物方和像方兩個層面對空中3D建模的準確性進行評估。通常采用物方精度評定，即對檢測點坐標位置進行對比和加密點坐標定位，而方精度評定一般是在反投影中，影響匹配點出現(xiàn)的誤差進行控制。

3.2可應(yīng)用于3DsMax的3D建模

無人機傾斜攝影技術(shù)在應(yīng)用過程中的建模思路是：通過將無人機傾斜攝影技術(shù)有效地與3DsMax插件開發(fā)技術(shù)相結(jié)合，使建筑快速建模這一方法得以形成，在實際應(yīng)用中，可以通過控制測量這一方法對地形進行更有效地測量，通過這種方法便可以獲得準確、可靠的外部方位元素，將這一步驟完成后，再利用3DsMax插件開發(fā)技術(shù)，建立一個完整的三維控制模型，從而確保無人機傾斜攝影技術(shù)科有效地對地形進行多方面的監(jiān)控，同時還可以將所測數(shù)據(jù)信息傳送到3DsMax，以確保空中3D模型的準確性得到提升，同時，還可以根據(jù)3D模型提供的數(shù)據(jù)對各個傳感器實施最佳程度紋理自動映射，使紋理自動映射走向完美。

3.3現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理

通過依賴先進的衛(wèi)星技術(shù)完成測控現(xiàn)場的像控點布置和現(xiàn)場航測攝像機的校驗工作后，就需要用空三加密軟件來處理分區(qū)網(wǎng)數(shù)據(jù)。利用高程數(shù)據(jù)模型，在完成三角測量工作后，生成相應(yīng)的初始正攝圖像，根據(jù)三角測量中的方位元素數(shù)據(jù)擬合得到具有相同名稱的多個位置的初始正攝像，并通過計算機數(shù)據(jù)整合得到數(shù)字高程模型。然后又用EPT軟件對原始正攝圖像進行進一步的拼接處理，并用PS軟件進行拼接后的圖像質(zhì)量檢測，重點檢查拼接圖片的色彩過渡區(qū)域、拉花變形區(qū)、重影變形區(qū)等問題，并對拼接效果進行修正處理。此時，最終的數(shù)字正攝影像圖已完成。

結(jié)語

總而言之，在目前地形圖測繪工作中，無人機傾斜攝影由于其技術(shù)優(yōu)勢和特點，已逐步取代正攝影像技術(shù)，開始在此項工作中推廣應(yīng)用，并可通過三維建模的方法，實現(xiàn)地形圖的可視化測繪，是一種能直接向應(yīng)用人員呈現(xiàn)地形地貌的相關(guān)信息，從而為其制圖提供方便，進而能保證地圖制圖的可靠性和準確性，并能使制圖成本大大降低，具有較高的價值和效益。

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