无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的可行性研究

田雷

摘 要：随着社会的进步，各种高新科技逐渐应用到人们的生活中，无人机倾斜摄影技术就是众多高新技术中的一种，通过相关科研人员的不懈努力，无人机的功能逐渐变得多种多样，广泛应用于各个行业。在测绘大比例尺地形图的过程中，无人机倾斜摄影技术得到广泛应用，并且解决了传统大比例尺地形图测绘中效率低下、准确率低和周期长的问题，该文主要对无人机倾斜摄影技术进行叙述，然后对该技术中三维模型的形成流程和相应应用要点进行叙述和总结。

关键词：无人机倾斜摄影技术；测绘大比例尺地形图；可行性研究

中图分类号：P231 文献标志码：A

随着城市数字化建设逐渐成形，各种高新技术得到广泛应用。而任何领域的发展都离不开空间地理的支持，尤其是在大比例尺地形图的测绘这方面，有着迫切的需求以及高标准的要求。在以往的传统大比例尺地形图的测绘工程中，存在着效率低、准确率低、出图的时间周期长以及成本高昂的缺点。虽然我国卫星技术十分发达，最高分辨率的卫星已经达到了0.5 m，还是难以满足大比例地形图的测绘，除此之外，传统的大比例尺地形图测绘技术，对外部条件还有比较严格的要求。因此，这就需要研究者们去探寻更好的测绘技术，最终研究出了无人机倾斜摄影技术。

1 无人机倾斜摄影的基本原理

无人机倾斜摄影技术的基本原理就是，通过在无人机的飞行平面上搭建多台高分辨率相机构成的采集影像设备，来对地面图像进行采集。在空中作业的过程中，从垂直和倾斜等方面对目标区域的图像进行采集。一般在无人机作业过程中都是采用五镜头的摄影系统，与无人机飞行平面中的GPS/IMU系统来获取目标区域的数据，在经过相应的技术软件处理后，形成数字的表面模型数字影像以及目标区域的三维模型。

2 无人机倾斜摄影的核心技术

2.1 多视影像联合平差

无人机倾斜摄影的核心技术之一就是多视影像联合平差，其中摄影影像可以分为2个方面，一方面是垂直摄影影像，另外一个就是倾斜摄影影像。目前区域网的平差分为3个部分，分别是无约束和有附加约束的区域网平差，另外还有直接定向的倾斜影像。

2.2 多视影像的密集匹配

与传统的无人机垂直摄影技术相比，在大比例尺地形图的测绘过程中，无人机倾斜摄影技术需要克服由于地形和分辨率变化大而对影像造成干扰的问题。因此，单单运用传统的匹配方式，不能够实现理想的密集匹配效果，更别说来获取建模的同名像点。根据无人机倾斜摄影技术的现况和需求，近些年来，专家们做了密集的实验和研究来解决无人机倾斜摄影技术不能够密集匹配的问题。实现无人机倾斜摄影的多视影像的密集匹配，能够得到高精度高密度的地形数据，这也是使三维模型更加精细的关键。

2.3 三维模型的形成

在将得到的无人机倾斜摄影素材经过处理之后，接下来就可以形成三维模型。根据无人机倾斜摄影的数据情况所形成的三维模型可以分为2类，一是仅仅利用倾斜影像作为主纹理的三维模型，二是利用倾斜影像的所有数据在经过相关软件处理后制作成的三维模型。

3 在无人机倾斜摄影技术的基础上，形成三维模型测绘图的流程

3.1 测量的控制

为了保证三维模型构建的准确性和成功率，因此在进行正式的无人机倾斜摄影之前，就要求各个方面都要达到控制点的理想测量水平。可以从以下2个方面来使无人机的各个方面达到理想的测量水平，一是提高控制点的测量精确度，二是提高控制点的数量。象对于面积较大且部分区域建筑物密集排列的目标区域，在房屋密集的区域可以采取每间隔150 m设置一个控制点，然而在房屋不密集且相对来说比较稀疏的地方，每间隔300 m设置一个控制点，除此之外，为了提高三维模型的质量，应最好将控制点设置在有房顶，道路交叉口这样的位置上。

3.2 倾斜摄影影像的获取和处理

目前在市场上所流通的传感器镜头有2种，一种是三镜头，另一种是五镜头，能够实现对目标区域前后左右以及垂直这5个角度的摄影，在实际的摄影过程中，各个镜头能够相互配合，根据各个曝光点自动对目标区域进行摄影，完成多角度摄影任务。多视角拍摄的影像经过处理，建立成虚拟影像后，选择视野范围内的倾斜摄影影像，将该部分影像数据反投射到虚拟影像中，最后对影像进行减少目标区域凸起建筑物的重影的处理。减少重影现象的方法主要3种，第一种，尽量选择无凸起建筑的平地作为影像的衔接，第二种，选择高度密集匹配的方式来完成两幅影像的拼接，第三种，对倾斜影像和下方影像的直线特征进行识别匹配，并进行适当调整。

3.3 对所得数据进行预处理

在三维模型构建前，对数据进行预处理是必须进行的一个环节，在这个过程中，主要是对影像的完整性，清晰度和是否有大范围模糊摄影等情况进行检查，然后要求工作人员对获得数据通过模型编辑的方式来进行预处理，另外，在对数据进行预处理时，要避免因为光线的问题而造成的建模差异。

3.4 空三加密

在无人机倾斜摄影的过程中，一般都采用自动的空三加密系统，首先，要在空三加密系统中输入具有方位信息的地面控制数据，然后系统会根据所输入的信息自动匹配倾斜摄影中的连接点，然后对连接点进行核对和检查，排除掉有偏差的连接点，最后进行平差。

3.5 三维模型的构建

最后一步就是进行三维模型的构建，运用批量自动建模软件进行作业，对上述流程中所获得的多视角影像数据进行校对、平差、匹配以及三角网的构建以此来提取影像中的特征，使多视角影像变得可视化，从而实现三维模型的构建。

4 无人机倾斜摄影技术的应用要点和经验总结

4.1 应用要点

（1）在倾斜摄影的过程中，可能会出现建筑自遮挡和被遮挡这2种现象，比如桥梁和大量植被遮挡，可以采取多次飞行摄影和多视角摄影的方式来减少这种现象的发生概率。

（2）由于现今科学技术还没有达到理想状态，因此，无人机倾斜摄影无法在黑暗的情况下进行作业。无人机倾斜摄影作业需在光线较好的条件下进行作业。

（3）无人机飞行过程中，并非是平稳的，难免会出现因为抖动而造成像素的位移，摄影效果模糊的情况，因此，在無人机倾斜摄影作业的过程中，尽量将像素控制在1/4个像素以下。

（4）在对目标区域的影像进行采集时，主要采集内容为建筑的侧面，基于这样的要求，就常常需要人工对建筑进行定点采集数据，而在采集过程中，难免会出现因为人工误差而造成的失误，因此不光要对倾斜摄影技术进行升级，还要对工作人员能力进行培养。

4.2 经验总结

在进行大比例尺地形图测绘时，一是要对航拍区域的房屋密集区进行多次加密拍摄。二是针对模型的采集要有一个清晰的逻辑思维判断，对于无法进行测绘的区域果断放弃，不拖延工程的进程。三是对于目前区域中无法进行建模的建筑物采用传统建模的方式。四是对于山区建模时，植被覆盖率较高，采用传统建模。

5 结语

随着社会的发展，科技的进步，数字化的城市建设也在不断地进步，目前，越来越多的领域对无人机倾斜摄影技术的需求愈发迫切，并且希望能够应用到大比例尺地形图的测绘中。本文对无人机倾斜摄影技术进行了叙述和一些相关的技术总结，希望能为相关人员提供帮助。

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