無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在工程中的應(yīng)用

戴登園

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1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量主要是通過無人機(jī)平臺(tái)搭載5鏡頭相機(jī)，同時(shí)從5個(gè)方向進(jìn)行攝影，即通過1個(gè)垂直拍攝的鏡頭和4個(gè)傾斜鏡頭來獲取地表影像，實(shí)現(xiàn)大重疊度的多角度視角。拍攝像片時(shí)，飛機(jī)自動(dòng)記錄飛行的有關(guān)參數(shù)，如航高、飛機(jī)速度、重疊度和曝光點(diǎn)的POS數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)傾斜影像進(jìn)行分析和整理。傾斜攝影過程中，無人機(jī)可同時(shí)拍攝5個(gè)角度的影像數(shù)據(jù)。在這個(gè)連續(xù)時(shí)段中，同一個(gè)地物可以在多個(gè)像片上找到其影像。內(nèi)業(yè)建模人員可以根據(jù)地物多個(gè)角度的影像快速實(shí)現(xiàn)地物的結(jié)構(gòu)分析，并且可以選擇眾多影像中最清晰的1張對(duì)其進(jìn)行紋理制作。通過建立三維模型和紋理的自動(dòng)映射，可以建立其與實(shí)地完全相似的立體幾何模型，為用戶提供實(shí)景三維數(shù)據(jù)，用戶可以獲得極高的體驗(yàn)感，極大地拓展了無人機(jī)影像應(yīng)用范圍。無人機(jī)傾斜攝影具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，靈活性高、經(jīng)濟(jì)且快速等優(yōu)點(diǎn)。航空攝影采用無人機(jī)平臺(tái)，能夠在小區(qū)域范圍內(nèi)快速高效地獲取該區(qū)域高分辨率的空中影像，逐步擴(kuò)大了超低空無人機(jī)的應(yīng)用范圍，應(yīng)用前景廣闊。對(duì)于國(guó)家航空航天監(jiān)測(cè)體系而言，無人機(jī)無疑是一種重要的影像獲取手段，逐漸從實(shí)驗(yàn)室階段過渡到實(shí)際應(yīng)用階段[1]。

2 具體應(yīng)用

2.1 在地面觀測(cè)方面的應(yīng)用

在測(cè)量工程中，地面觀測(cè)是其重要的工作環(huán)節(jié)之一。進(jìn)行地面觀測(cè)時(shí)，不僅需要對(duì)地面的平面特征進(jìn)行觀測(cè)，還需要對(duì)地面的狀態(tài)、存在的目標(biāo)等進(jìn)行觀測(cè)。傳統(tǒng)的垂直攝影在觀測(cè)時(shí)，往往只能從頂部入手，而無法觀測(cè)到其他的信息，如與地面高度方面的信息。傾斜攝影技術(shù)的多角度拍攝特征，可以獲知地面高度的變化。這些信息對(duì)于測(cè)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(cè)繪人員對(duì)地面不同高度的目標(biāo)分析更為準(zhǔn)確，也有利于提高其測(cè)繪分析的效率。

2.2 在GPS布設(shè)方面的應(yīng)用

在測(cè)量工程中，GPS布設(shè)也是其中關(guān)鍵的一環(huán)，有利于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)攝像數(shù)據(jù)的同步，是提高工作效率和效果的重要途徑。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要對(duì)GPS布設(shè)的精度有著嚴(yán)格要求。在完成GPS布設(shè)后，接下來要做的工作便是接收信號(hào)，可以說信號(hào)接收是在完成GPS布設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，目的在于更順暢地接收測(cè)繪方面的數(shù)據(jù)。無人機(jī)在接收信號(hào)前，首先應(yīng)保障其具有充足的供電，對(duì)于傳統(tǒng)的垂直攝影方式而言，由于得到信息密度較低，需要擴(kuò)大面積來完成對(duì)待測(cè)目標(biāo)的攝影，無疑會(huì)延長(zhǎng)攝影時(shí)間，因而需要無人機(jī)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(shù)來進(jìn)行多角度的拍攝，大大縮短了攝影工作時(shí)間，能夠有效降低無人機(jī)在供電方面的壓力，擴(kuò)大其攝影工作的范圍，讓GPS布設(shè)的工作效率提高到一個(gè)新的等級(jí)[2]。

2.3 在數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用

無人機(jī)在攝影完成后，需要對(duì)攝影采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而為后續(xù)工作的順利開展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。傾斜攝影技術(shù)與傳統(tǒng)攝影技術(shù)相比，能夠從多個(gè)角度來獲取等待測(cè)試目標(biāo)的信息，有效增加了數(shù)據(jù)處理的維度，獲得更多的參考信息，大大提高了數(shù)據(jù)處理工作的效率和效果。此外，由于傾斜攝影技術(shù)搭載了預(yù)處理系統(tǒng)，可在攝影完成后利用這一處理系統(tǒng)來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，一些無效的數(shù)據(jù)能被有效剔除，大大提高了POS數(shù)據(jù)處理效率，使其精度和速度都提升到了一個(gè)新的高度。

具體來說，無人機(jī)數(shù)據(jù)處理使用的軟件共包括兩類，分別為Smart3D4.4.9、EPS2016三維測(cè)圖軟件。這兩種軟件具有不同的工作原理，如Smart3D軟件構(gòu)建三維實(shí)景的模型和測(cè)區(qū)正射影像的數(shù)據(jù)來源于無人機(jī)影像；EPS2016三維測(cè)圖軟件則是根據(jù)測(cè)區(qū)正射影像、三維實(shí)景模型來進(jìn)行三維的測(cè)圖。

相關(guān)工作者在處理無人機(jī)的影像前，首先要做的是對(duì)采集到的影像數(shù)據(jù)的處理工作，如篩選、剔除，將曝光度較高、成像模糊或重復(fù)的影像進(jìn)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(duì)像控點(diǎn)的處理，可將其刺在影像上，并對(duì)空中的三角測(cè)量加以處理。在進(jìn)行這部分工作時(shí)，由于POS數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)寫進(jìn)影像中，因此處理時(shí)無須再將POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入，而是處理完像控點(diǎn)之后就可以進(jìn)行空中三角測(cè)量的處理。此外，還可以從工程的實(shí)際需要出發(fā)，來對(duì)Smart3D軟件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，軟件便會(huì)自動(dòng)構(gòu)建；最后，利用EPS2016軟件讓二三維聯(lián)動(dòng)起來對(duì)地形圖進(jìn)行繪制。這樣的測(cè)量方法能夠提高測(cè)量的精度，降低地理環(huán)境對(duì)其的影響，提高其數(shù)據(jù)處理效率。

2.4 在質(zhì)量控制方面的應(yīng)用

2.4.1 數(shù)據(jù)獲取控制

無人機(jī)在攝影中獲得的數(shù)據(jù)較多，影響數(shù)據(jù)獲取的因素眾多，如攝影時(shí)間、角度、高度等。傾斜攝影技術(shù)由于能夠從不同的角度來拍攝，通過對(duì)其進(jìn)行對(duì)比、分析，可以大大提高測(cè)量工程中的無人機(jī)成像質(zhì)量。與此同時(shí)，通過預(yù)先設(shè)計(jì)航線，保障了所拍攝的影像質(zhì)量，當(dāng)其不符合測(cè)量方面的要求時(shí)，可以通過補(bǔ)拍的方式，來降低測(cè)量工程工作中的誤差。

2.4.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于測(cè)量工程來說至關(guān)重要，是決定其水平高度的重要因素。當(dāng)無人機(jī)在拍攝完成后，POS可對(duì)GPS數(shù)據(jù)和拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，在此過程中，一些不連續(xù)的數(shù)據(jù)能夠得到有效的補(bǔ)充。傾斜攝影可以大大提高數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量，可以使相關(guān)的數(shù)據(jù)信息更全面、更精確，因此，數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)垂直攝影技術(shù)相比，出現(xiàn)的不連續(xù)數(shù)據(jù)較少。與此同時(shí)，由于信息密度較大，也會(huì)大大提高數(shù)據(jù)補(bǔ)全工作效率。

3 結(jié)語(yǔ)

著信息技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇。將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)運(yùn)用到測(cè)量方面，成為相關(guān)工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。這一攝影技術(shù)由于具有快速、高效、靈活、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，使其逐漸成為測(cè)繪行業(yè)的新寵兒。將該技術(shù)應(yīng)用到無人機(jī)上，實(shí)際上是通過做三維模型的方式，展現(xiàn)更為直觀、真實(shí)的待測(cè)目標(biāo)。