无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用

2017-07-21李能国

中国高新技术企业 2017年12期

关键词：测绘摄影精度

李能国

（南宁市勘察测绘地理信息院，广西南宁 530021）

无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用

李能国

（南宁市勘察测绘地理信息院，广西南宁 530021）

大比例尺地形图测绘工作需要更多先进技术的大力支持。文章从阐述无人机倾斜摄影技术的应用价值等内容出发，在探讨了无人机倾斜摄影技术应用前提后，对于无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用进行了分析。

无人机倾斜摄影技术；大比例尺地形图；三维模型生产；空中测量调整

无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用能够较好地判断并检查出点位中可能存在的误差，并在此基础上验证出基于三维模型量测地形图的可行性和精度，故在这一前提下对于无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用进行研究就很有必要性了。

1 无人机倾斜摄影技术简析

1.1 应用价值

无人机倾斜摄影技术有着很高的技术应用价值。众所周知，随着我国经济的快速发展，在这一过程中数字化城市的建设步伐日益加快，这导致了每个工程的开展都离不开空间地理信息的支持，在这一过程中其对于大比例尺地形图的快速获取有着更高的需求。因为传统测绘地形图的方法中存在着不容忽视的固有缺陷，这导致了存在着轴作业效率低和出图时间长以及成本高的缺点。与此同时，无人机倾斜摄影技术的诞生，颠覆了传统测绘的作业方式，该技术通过无人机低空多位镜头摄影获取高清晰立体影像数据，自动生成三维地理信息模型，快速实现地理信息的获取，具有效率高、成本低、数据精确、操作灵活、侧面信息可用等特点，满足测绘行业的不同需求。

1.2 应用优越性

无人机倾斜摄影技术的应用优越性是显而易见的。通常来说，随着我国无人机技术的快速发展，在这一过程中无人机垂直摄影技术和与之相对应的倾斜摄影技术都得到了更加广泛的应用。在这一过程中需要注意的是，无人机倾斜摄影技术与无人机垂直摄影相比能够获得多角度高分率影像并且可以生成数字三维模型，因此这使得其在数字城市建设和城市管理以及应急救灾中都能够得到更加广泛的应用。无人机倾斜摄影技术的优越性还表现在通过数据处理得到的数字三维模型能够进行测量，并且还可以直接地在三维模型上进行量测地形图，这意味着其与传统垂直摄影技术相比可以避免戴立体观测眼镜进行测图，故其在小范围测图时能够具备一定的实际应用价值和意义。

1.3 基本原理

无人机倾斜摄影技术应用需要遵循相应的基本原理。无人机倾斜摄影技术的基本原理是通过在无人机飞行平台上搭载多台数码相机，然后在这一过程中能够同时从垂直和倾斜多个不同的角度采集高分辨率影像，并且通过结合无人飞行平台搭载的系统就能够获取数据和像控点。无人机倾斜摄影技术可以经过相关软件处理获取数字表面模型、数字正摄影像和三维模型的摄影测量。其本身的基于物方的多视立体匹配算法生成基于真实影像纹理的实景三维模型可以期待具有良好的使用效果。

1.4 关键技术

无人机倾斜摄影技术的应用离不开关键技术的支持。一般而言，无人机倾斜摄影技术能够针对倾斜摄影测量来进行无约束区域网平差和附加约束的区域网平差和倾斜影像的直接定向。无人机倾斜摄影技术本身具有地物几何变形低、分辨率变化小的优越性，因此其相比传统的基于灰度和特征的匹配方法可以更好地完成数据的匹配工作。无人机倾斜摄影技术能够通过倾斜影像的密集匹配来得到高精度和高密度的点云数据，因此可以将其视为实现精细三维建模的关键所在。

2 无人机倾斜摄影技术的应用前提

2.1 三维模型生产

无人机倾斜摄影技术应用前需要相应的三维模型生产。工作人员在三维模型生产的过程中应当在将影像经过预处理后就无缝的进行三维模型的生产。在这一过程中基于倾斜摄影所得影像数据的利用方式能够将所得到的三维模型分为两种方式：第一种是通过单独利用倾斜像片作为纹理来生产三维模型并且通过利用相关软件获得的三维模型；第二种则是通过基于倾斜摄影生成三维模型测绘地形图的流程基于无人机倾斜摄影生成三维模型测绘地形图。其主要表现模式为主任务下达与申请空域、外业航飞数据采集、像控点布设与量测、内业空中三角测量等方面的工作。

2.2 获取实验数据

无人机倾斜摄影技术应用前还需要获取必要的实验数据。工作人员在获取实验数据的过程中首先应当对于包括无人机飞行平台和地面监控站以及五镜头倾斜相机和遥控设备的使用方法和系统构成都有着清晰的了解；其次，获取实验数据还应当做好实验数据获取的具体规划，在这一过程中应当努力的避免航高设计问题，然后才能够在此基础上进行之后的内业数据处理。与此同时，因为无人机倾斜摄影数据内业处理主要包括数据预处理和空中三角测量，因此这导致了其只使用坐标值却不使用姿态角数据，因此在获取数据时应当有所注意。

2.3 数据预先处理

无人机倾斜摄影技术应用前应当做好数据的预先处理。工作人员在数据预先处理的过程中首先应当在得到航飞数据后细致的检查影像和是否一一对应，然后以此为基础来检查影像的质量是否存在问题或者是是否清晰以及有无大范围模图；其次，工作人员在数据预先处理的过程中还应当通过模型编辑的方式来检查生产地形图的合格以及存在精度检查模糊遮挡的现象。与此同时，工作人员在数据预先处理的过程中还应当避免因为光线反差和强度差异来影响到三维建模的精度和效果。

2.4 空中测量调整

无人机倾斜摄影技术应用离不开控制的测量调整。工作人员在空中测量调整的过程中首先应当对一个垂直镜头和四个倾斜镜头所得到的影像进行连接，然后进行自动匹配，在匹配成功后对于获取的特征点采用多像密集匹配技术来进行检测；其次，工作人员在空中测量调整的过程中还应当根据平差结果进行反复调整，调整的内容包括有参数设置和像控点刺点位置调整等内容。与此同时，工作人员在空中测量调整的过程中还应当针对无人机采集的数据不精确的情况，在建模中一般只采用数据作为初始值，就可以期待良好的调整效果。

3 无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用

3.1 具体案例

无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中应用的第一步是分析具体的案例。南宁市武鸣区花花大世界园区，位于南宁市北部，东与国道G210毗邻，南临县道X016及敢庚村，西至都南高速G75伊岭岩出口至旧敢桑水库段，北与东敢桑村及伏禀村相接，全测区面积约8.8平方公里。内部园区行车道路密布，测区交通状况较好。园区村庄散落，石头山较多，水域面积较大，林木茂盛，灌木丛生，通视情况较差。困难类别划分为Ⅲ级。

3.2 项目内容

表1 空三精度统计

无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中应用还需要考虑好项目的各项内容。项目工作计划安排按照技术设计书执行，具体工作内容及工作量如下：竖直航空摄影航飞2个架次，获取1044张像片，涵盖面积约17.891平方公里；倾斜航空摄影航飞45°方向5个架次，获取4244张像片，涵盖面积9.668平方公里，空三分为2个测区，利用smart 3D Capture进行空三加密解算和三维模型生产。外业控制点及检核点测量，本项目全部采用平高点，总共完成128处共322个像控点测量，390个高程检核点测量。倾斜航空摄影空三加密解算使用Smart 3D Capture软件，平差结果良好，各项指标均未超限，空三成果质量良好。间表1。

3.3 应用经验总结

此次项目为1∶500大比例尺地形图测绘，测区为丘陵地形，对于精度和全要素表达的要求较高。由于项目工期较短，时间紧迫，如采用全野外方法实测精度高，但进度慢，工期无法保证，且成本较高；即使采用传统立体采集和外业修补测的生产方式也无法满足项目工期和精度要求，故采用倾斜摄影方法的优点进行生产，使地形图精度和工期得到保障。房屋采用三维采集精度高，可以内业识别楼层层数以及房屋材质，可减少外业工作量，大大提高工作效率；植被覆盖密集的地方，三维采集难度大、精度差，可以使用立体采集和野外补测；对于施工区，地面裸露区域和水田、旱地等区域采用三维采集精度高，速度快，成图效率高。经过大量数据外业测量，内业采集同点位置的精度检核，各个生产技术环节的质量控制得到检验，精度达到项目需要使用要求。同时也存在不足，如：三维模型本身存在对于纹理不足的地方会进行空洞填补，因此会造成拉花现象，Smart3D Capture软件生产的三维模型对电杆等较小的地物难以建模，影响数据采集。经过实验也得出了解决办法：（1）航拍时应综合考虑，对于房屋密集区域应加密航拍；（2）对模型进行采集时应做基本的逻辑判断，对于无法采集的内容应提交外业进行实地调绘补测；（3）对于电杆等无法建模的地物用传统航空摄影进行立体采集；（4）植被覆盖区高程点无法用三维模型采集的，使用传统立体模型进行采集，立体模型也无法采集的，采用野外实测高程点。