无人机倾斜摄影在测绘领域的应用

卢君成

摘 要：随着数字信息建设的发展，社会大众对数据的需求发生了一些变化，近两年国内倾斜摄影业务量突飞猛进，倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术。业务涉及国土资源、城建、水利、交通、旅游、地质、电力、农牧等诸多领域。它改变了以往航空摄影测量只能使用单一相机从垂直角度拍摄地物的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、侧视和前后视等不同角度采集影像。倾斜影像不仅能真实反映地物情况，还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、丰富的影像信息。无人机倾斜摄影具有高精准度详细快速的优势，缩减测绘工作人员的日常工作时间及工作强度，促使测绘效率得到显著的提升，在地面地形测绘、三维立体建模等方面，具有非常显著的优势。本文针对无人机倾斜摄影测绘开展具体的论述，望能够有一定的参考性价值。

关键词：地形测绘 无人机倾斜摄影 测绘技术

中图分类号：P237 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（a）-0094-02

在傳统的地面地形测绘、三维立体建模工作当中，主要是采用RTK、全站仪等相关设备，对野外现有的测点信息进行采集，通过专业软件处理之后编辑地形图和立体模型，与传统的地形测绘技术相比，倾斜摄影所具备的高效率、高精度、高真实感、低成本优势，使其逐步替代传统人工建模的三维模型获取方式。一个面积约50km2的城市，运用倾斜摄影建模技术，从获取影像、处理数据直至生成真三维模型仅需10天左右。同等工作量，若采用人工建模，则需投入100人足足干3个月。倾斜摄影三维模型不仅能带给观者真实而震撼的视觉感受，还因其模型上每一点都具有准确的三维地理坐标，可供测绘人员按需测量和计算，从而使三维模型在城市建设与管理、地理测绘、公共安全与应急反恐等方面大有可为。

1 无人机倾斜摄影技术主要内容

（1）关于无人机倾斜摄影技术：无人机的倾斜摄影主要是通过三维重建，利用单一相机多角度垂直拍摄的基础，利用无人机的倾斜、空中定位形成的组合的多镜头拍摄平台，然后通过多媒体技术进行旋转取像。根据无人机的POS系统或GPS差分系统进行精确定位，将提供的多角度成像处理，形成匹配密集影像、映射纹理生成模型的重要操作，最终形成无人机倾斜摄影的三维重建。

（2）工作原理：无人机倾斜摄影技术是空中飞行的测量技术，它们之间的主要区别是倾斜摄影技术是通过在一架无人机上放置多个摄影镜头进行图像收集，多角度的垂直倾斜拍摄让地理表面信息更加完善。正片的拍摄主要依据无人机的垂直拍摄技术，所谓斜片就是通过形成一定的拍摄角度。

（3）数据信息的获取与处理：根据测图需要提出的航摄要求，向主管部门申请。经批准后，制定航摄计划。根据实地勘察测区的地形特征参照相关的技术规范标准，对测区航线进行合理设计，完成测区范围内倾斜航空影像数据获取工作，基本的要求及技术指标如下：①所获取影像为真彩色数字影像；②平面精度满足相关比例尺地形图的精度要求；③像片的重叠度：航向重叠度75%，旁向重叠度75%；④影像质量：获取的测区像片应影像清晰、反差适中，彩色色调柔和、鲜艳；⑤漏洞补摄：对各种原因获取的不合格航片（航摄漏洞）要及时补飞，漏洞补摄按原设计航迹进行。

2 野外数据的获取流程

（1）航高确定：数码航空摄影的成图比例尺取决于飞行高度，根据地面分辨率，可按照公式求得获得相应地面分辨率GSD的飞行高度。

（2）航摄时间：航空影像的质量对航摄飞行的时间有一定的要求，航摄时间受天气条件的制约。具体要求如下：①水平能见度≥1500m，垂直能见度≥1000m；②气流相对稳定：每天的正午气流相对较强，对飞行安全不利，同时也对影像质量影像较大；③选择航摄时间：平地要求，太阳高度/（°）>20，阴影倍数/（倍）<3。丘陵地和小城镇，太阳高度/（°）>30，阴影倍数/（倍）<2。山地和中等城市，太阳高度/（°）>20，阴影倍数/（倍）≤1。

（3）航线设计：通常情况下航线应按东西向或南北向直线飞行；特定条件下亦可根据地形走向与专业测绘的需要，按南北向或沿线路、河流、海岸、境界等任意方向飞行。

平行于摄区边界线的首末航线一般敷设在摄区边界线上或者边界外；旁向覆盖超出摄区边界线，一般不少于像幅的30%，确保目标摄区完全覆盖。

（4）像片控制点测量：①测区像片控制点采用网络GPS-RTK技术施测，一般情况下均为平高点；②选用的像片控制点的目标影像应清晰，易于判别和刺点。像片控制点布设应在航向及旁向重叠5～6张像片范围内，控制点要尽量共用。根据测区的地形条件，按区域网布设，区域网的大小一般控制在8航线，12基线，在区域网的四周进行控制点的布设。一般情况下每平方公里1个点，尽量均匀分布；③区域网之间的像片控制点应尽量选择在左、右航线重叠的中间，相邻区域网尽量公用。当测区范围受地形条件限制，有凸凹时，应在凸角处增补控制点。满足精度要求的点位均提供高程和平面坐标，每个测区至少有2个多余观测控制点，作为多余观测评价模型的坐标精度；④相片的定位点的选择上应该尽量于可见的清晰的地物点，控制点的像片精度控制在0.1mm，这些定位点的交角通常选择于呈线状的地物焦点处，并且影像点的大小要小于点状的地物中心，大约为0.2mm，其中刺点目标不能选择交角小于30°的线状地物；⑤像片控制点应选用高程变化小的目标，像片控制点在各张相邻的及具有同名点的像片上均应清晰可见，选择最清晰的一张像片作为刺点片。

3 相关数据的预处理

随着倾斜摄影测量技术的不断完善，摄影测量处理软件技术也不断地发展和更新，通过倾斜批量自动建模软件，是基于图形运算单元GPU快速三维模型的构建软件，通过摄影测量原理，对获得的倾斜影像、街景数据、照片等数据进行几何处理、多视匹配、三角网（TIN）构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型。该过程仅依靠简单连续的二维图像，就能还原出最真实的真三维模型，无需人工干预便可以完成海量城市模型的批量处理。通过多节点自动建模软件来完成建模任务，具体流程如下。数据导入：指定数据存放的路径、焦距、像幅等参数，将数据导入软件；自动空三解算：根据图像之间的重叠，自动搜索同名点，进行自动空间三角解算；构建TIN网格：根据空间三角解算、几何处理、多视角匹配等自动构建TIN网格；自动贴图：自动赋予贴图，构建三维模型；模型后处理：通过叠加分类图层，将模型单体化并赋予属性信息，同时创建LOD，进行优化，生成3DML数据格式。

4 地物、地形的绘制与提取

可以运用无人机倾斜摄影技术来对真三维模型数据进行提取以及后期的相关处理，其中，在地形、地物提取的时候可以从具体特征点入手，利用相关航测软件从三维模型视图当中进行相关数据的提取，形成地物特征点x、y、H坐标数据，从而在文本文件当中进行对应格式的传输，直接导入测绘图软件来进行地物的具体绘制与编辑。

5 结语

航空倾斜摄影技术不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，为数字化城市的建设提供了全新的手段，并使行业应用更加深入。通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，通过数据信息的嵌入，可以实现更大领域的运用。

参考文献

[1] 杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息，2016，39（1）：13-15.

[2] 刘洋，邹自力.基于Harris算子和SIFT特征匹配的无人机影像处理[J].江西测绘，2015（4）：7-9.