無人機傾斜攝影技術在測繪工程中的應用

徐國成

山東匯德地理信息工程有限公司 山東濟南 250000

我國北斗系統的成功應用推動了實時動態定位技術的快速發展，促進了無人機技術的不斷拓展，如低空無人機傾斜攝影測量技術等的發展，推動了測繪技術的革新。與傳統的航空測量技術相比，無人機技術具有操作簡便、成本低、測量效率高的優勢，將無人機與現代化定位技術、圖像融合等技術相結合，能夠快速地獲取地面影像或者掃描點云數據，所獲影像數據或點云數據不僅能夠實現傳統的二維地形測繪目的，還可以實現正射影像制作、三維實景模型制作。使用無人機傾斜攝影測量技術構建的三維實景模型具有制作效率高、人為干預因素少和模型場景逼真的優點。傳統的三維建模以二維的地形圖、高程信息和紋理貼圖為主要實現途徑，不僅需要大量的地形、高程數據，而且工作量大、工作效率低，但無人機傾斜攝影測量技術避免了上述缺陷，在三維實景建模中具有廣闊的應用前景，尤其是隨著“智慧化城市”“三維城市”建設理念的推進，三維實景建模是現代測繪發展的趨勢之一。

1 傾斜攝影技術概述

1.1 無人機傾斜攝影技術的基本原理

無人機傾斜攝影技術突破了傳統的航天航空攝影只能從單個垂直角度進行拍攝的技術壁壘，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（目前常用的是五鏡頭相機），同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。

1.2 無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的優勢

無人機傾斜攝影技術是利用無人機進行拍攝，航高較低，空域易申請，機動靈活，能夠實現自動化三維模型數據采集，相比傳統的測圖技術提高了效率。無人機傾斜攝影技術的優勢主要表現：①無人機可以多方位、近距離地獲取地面物體的影像數據；②影像表達內容更多樣豐富，鄰近影像的重疊度高；③影像的匹配和建模自動化程度高，最大程度保證結果的精確度；

2 傾斜攝影應用的關鍵技術

傾斜攝影產業鏈中涉及諸多技術環節，除了硬件設備的研發，軟件方面的關鍵技術集中于自動化建模技術和平臺應用技術。目前自動化建模技術主要掌握在國外，國內有企業和科研院所正在攻關中，但尚未達到國產替代的程度。平臺應用技術上國產軟件則已經走到世界的前列。具體包括：海量數據加載技術、單體化技術、效果修補技術等。

（1）海量數據加載技術指的是傾斜攝影模型數據量往往非常龐大，1km2的數據量在0.5-2GB，這樣中小城市的建成區就能達到幾十乃至上百GB。不過好在傾斜攝影自動化建模軟件可以輸出標準的OSGB格式，且數據本身就自導了的LOD（金字塔層級結構）。利用數據自帶的LOD，超圖軟件通過直接讀取OSGB，并match運用LOD來優化調度，做到再大的數據量也可以實現瞬間加載，性能非常流暢。

（2）實景三維數據生產流程本文采用旋翼無人機進行研究區域的傾斜攝影測量，通過三維實景建模、空中三角加密處理后的航空攝影影像，獲最終建模需要的原始影像數據，其具有以下特征：①攝影測量過程中實現了多角度、多方位實時動態攝影，獲得了建模區域多方位的影像數據資料，滿足了三維建模的基本需求。②五棱鏡頭安裝在旋翼無人機上，在攝影過程中嚴格按照一定的規則執行飛行任務，獲得的影像分辨率高，此外，該技術可以多角度拍攝，避免了垂直拍攝視野局限的問題。③多角度拍攝，減少了地物被遮擋的現象，使得影像數據更加全面。

3 旋翼無人機傾斜攝影測量技術在三維實景建模中的應用

3.1 建模原始數據采集

三維實景建模原始數據主要包含擬建模區域的影像數據、POS數據、地面相控數據，在無人機上搭載南方測繪傾斜數字航空攝影相機、機載定位定姿系統、航攝計劃設計軟件和飛行管理系統等。南方測繪數字傾斜航攝儀明顯區別于傳統的垂直航攝方法，該儀器在同一飛行平臺上搭載了多個相機，分別從垂向和4個傾斜角度對地物進行拍攝，獲得多視角影像，能夠更加真實地反映地物的紋理，并在數據采集過程中，能夠自動地集成POS數據，獲得每張影像的外方位元素。根據擬建模區域氣候狀況，數據采集時間定于5—6月，設置飛行高度200m，旁向和航向重疊度為70%，平均地面分辨率6cm。

3.2 傾斜影像空中三角測量

傾斜影像數據包括垂向影像數據和傾斜影像數據兩部分，雖然傾斜影像數據獲得了更加全面的地物紋理信息，但是對數據的計算增加了難度，使用傳統的同名像點自動量測算法是無法滿足兩種數據計算的需求。傾斜攝影過程中形成了實時動態的POS數據，可將其作為初始方位元素，借助多基線多特征匹配技術完成相對定向和絕對定向處理，生產出多視角聯合空中三角測量，為三維實景建模奠定基礎。

4 結語

傾斜攝影作為在傳統航空攝影之上發展起來的新技術，由于其增加了不同角度的相機拍攝，使得采集的信息更全面，并在自動化建模軟件的支撐下能快速、低成本的構建出逼真的三維模型；從而使得傾斜攝影技術得到蓬勃發展，并具備廣泛的應用前景。可以說，傾斜攝影開辟了一條地理信息應用的新道路，在這條大道上，還將不斷的有新的應用模式被發掘出來。