无人机倾斜摄影在测量工程中的应用分析

□ 罗安仲 黄海波 何远芳 刘 芳

1  引言

21世纪，科技发展日新月异，对社会各行各业都产生了极为重要的影响，倾斜摄影测量便是其中之一。它是通过飞行平台将传感器搭载起来，搭载的传感器数量并不限于1台，完成影像的同步采集，从而获得更为真实的地物方面的信息。这一技术具有自己独特的优势，因此被广泛应用，在经济建筑的诸多领域都可以见到其身影。随着倾斜摄影测量技术的发展，对航摄效率、分辨率等提出了更严苛的要求，促进了其进一步的革新和发展，无人机倾斜摄影测量便是在此背景下诞生的。这一最新型的测量技术，将摄影测量的应用提升到了一个新的高度。

2  相关概念概述

2.1 无人机摄影技术

无人机摄像技术指的是在无人机上搭载影像采集传感器，从多个角度进行拍摄，主要从垂直和倾斜方向入手，其中垂直4个倾斜5个，从而使呈现出的世界更为真实和直观。无人机倾斜技术的高速发展，使其具备的垂直和倾斜摄影技能得到了更为广泛的应用。通过对这两种技术的比较，可以发现无人机倾斜技术相关工作者不用再佩戴一些专业设备如立体观测眼镜进行工作，而是通过自身的技术优势从各种角度来获得分辨率更高的影像信息，且能生成数字三维模型，这些优势使其广泛地应用到应急救灾抢险、城市管理以及数字城市建设过程中[1]。

2.2 倾斜摄影技术

近年来，测绘技术迅猛发展，倾斜摄影便是其一，作为一种新型的测绘技术，其让拍摄的角度更为多元，不再局限于一个方向，通过搭载的传感器，增加影像采集的角度，从而将用户引入一个更为新奇的世界，使肉眼看到的更加真实。该技术研究的是区域各摄站点5个方向的影像，这5个方向分别为：垂直、左视、右视、前视和后视，以此来生成三维实景方面的模型，并展现被拍摄区域地物的大小、形状、侧面等特征。传统的摄影测量主要是生产正射方面的影像并绘制各种类型的比例尺地图；倾斜摄影测量除了具备上述功能之外，还能生产三维实景模型，对地物的纵横断面、侧面等进行测量，并模拟三维场景，通过对地物的360度无死角的拍摄，提高了摄影测量的应用范围[2]。

2.3 工作原理

在无人机的飞行平台上安装多台数码相机，从垂直和倾斜角度拍摄，并收集高分辨率的图像。其中，5个镜头的倾斜拍摄较为常见，结合两个数据类型（像控点数据、POS 数据），并通过对相关软件的利用来对模型、技术等进行处理，这便是这一摄影技术蕴含的工作原理。

3  技术的特征概述

3.1 技术方面

无人机倾斜摄影技术对待测目标的拍摄更为真实、直观，主要是源于其搭载了多个摄影头，可以从不同的角度拍摄，并能获得待测目标的顶部、侧面的相关信息。此外，该技术与传统技术相比，在操作方面也有了明显的进步，不仅操作更为简便，且续航和载重方面都有了较大进步。与此同时，倾斜摄影无人机搭载的是遥感探测技术，极大地缩短了摄像时间，提高了测绘工作的效率、效果和效益[3]。

3.2 镜头方面

镜头是拍摄的基础，为了拍出更为直观和真实的照片可采用倾斜摄影无人机，通过搭载一组或多组的镜头来节约成本。一般来说，多组镜头与单组镜头相比，像素较低，一般为2000万像素，而单组镜头则达到了3500万的像素；与此同时，相机的曝光时间也会随之发生相应的变化，相比较而言，时间会缩短。为了让多组镜头更好地工作，倾斜摄影无人机需要搭载更大容量的电池，一般而言，其工作的时间多于90min。

4   技术优势分析

4.1 多角度采集信息

垂直摄影指的是从垂直角度进行拍摄，角度呈现较为单一，获得信息的能力也较为低下。无人机倾斜摄影技术则有效改变了这一状况，通过在多个角度安装摄像头，可以对待测目标进行更多维度的观察，也能有效获取目标的侧面信息，突破了传统垂直摄影的局限性。从多个角度得到的信息为后续的测绘工作打好了基础，有效提高了三维测绘水平和效率。

4.2 对待测目标进行还原

在测量工程中，对待测目标进行还原也是工作中的重要一环，可以让后续工作进展更为顺利。垂直摄影方式由于拍摄角度的问题，往往无法对待测目标的侧面信息进行拍摄，这就会让还原工作面临着种种困难。无人机倾斜摄影技术恰恰解决了这一问题，通过对待测目标侧面和顶面信息的采集，从角度、高度等进行全面的呈现，提高了还原工作效率。

4.3 让成像更为真实和清晰

倾斜摄影搭载的摄影头无论是成像能力还是影像自身的分辨率都比垂直摄影要高，此外，其还能清晰地呈现出待测目标的纹理，这对于分析目标的特征、工作周围的环境都具有积极影响。

5  具体应用

5.1 在航线设计方面的应用

无人机倾斜摄影与垂直摄影相比，具有多角度采集影像数据的特征，因此，其可以展开对无人机的镜头和待测目标距离、飞行高度等方面数据的计算，有利于提高计算的准确性，让航线设计工作有了新的指导方向，提高了航线设计的工作效率。

5.2 在地面观测方面的应用

在测量工程中，地面观测是其重要的工作环节之一。进行地面观测时，不仅需要对地面的平面特征进行观测，还需要对地面的状态、存在的目标等进行观测。传统的垂直摄影在观测时，往往只能从顶部入手，而无法观测到其他的信息，如与地面高度方面的信息。倾斜摄影技术的多角度拍摄特征，可以获知地面高度的变化。这些信息对于测绘人员来说具有重要的作用，通过为其提供高度信息，可以使测绘人员对地面不同高度的目标分析更为准确，也有利于提高其测绘分析的效率。

5.3 在GPS 布设方面的应用

在测量工程中，GPS布设也是其中关键的一环，有利于实现无人机摄像数据的同步，是提高工作效率和效果的重要途径。想要实现这一目标，就需要对GPS布设的精度有着严格要求。在完成GPS布设后，接下来要做的工作便是接收信号，可以说信号接收是在完成GPS布设的基础上进行的，目的在于更顺畅地接收测绘方面的数据。无人机在接收信号前，首先应保障其具有充足的供电，对于传统的垂直摄影方式而言，由于得到信息密度较低，需要扩大面积来完成对待测目标的摄影，无疑会延长摄影时间，因而需要无人机拥有更充足的供电。倾斜摄影是以多种摄影模组的形式存在的，可以用更少的拍摄次数来进行多角度的拍摄，大大缩短了摄影工作时间，能够有效降低无人机在供电方面的压力，扩大其摄影工作的范围，让GPS布设的工作效率提高到一个新的等级。

5.4 在数据处理方面的应用

无人机在摄影完成后，需要对摄影采集到的数据进行处理和分析，从而为后续工作的顺利开展奠定扎实的基础。倾斜摄影技术与传统摄影技术相比，能够从多个角度来获取等待测试目标的信息，有效增加了数据处理的维度，获得更多的参考信息，大大提高了数据处理工作的效率和效果。此外，由于倾斜摄影技术搭载了预处理系统，可在摄影完成后利用这一处理系统来对数据进行初步处理，一些无效的数据能被有效剔除，大大提高了POS数据处理效率，使其精度和速度都提升到了一个新的高度。

具体来说，无人机数据处理使用的软件共包括两类，分别为Smart3D4.4.9、EPS2016三维测图软件。这两种软件具有不同的工作原理，如Smart3D软件构建三维实景的模型和测区正射影像的数据来源于无人机影像；EPS2016三维测图软件则是根据测区正射影像、三维实景模型来进行三维的测图。

相关工作者在处理无人机的影像前，首先要做的是对采集到的影像数据的处理工作，如筛选、剔除，将曝光度较高、成像模糊或重复的影像进行删除处理，否则Smart3D软件的处理工作将无法顺利完成；其次，便是对像控点的处理，可将其刺在影像上，并对空中的三角测量加以处理。在进行这部分工作时，由于POS数据会自动写进影像中，因此处理时无须再将POS数据导入，而是处理完像控点之后就可以进行空中三角测量的处理。此外，还可以从工程的实际需要出发，来对Smart3D软件的参数进行设置，软件便会自动构建；最后，利用EPS2016软件让二三维联动起来对地形图进行绘制。这样的测量方法能够提高测量的精度，降低地理环境对其的影响，提高其数据处理效率。无人机数据处理流程如图1所示。

图1 无人机数据处理流程

5. 5 在质量控制方面的应用

倾斜摄影技术的信息来源更加丰富，这对于提高质量控制效率来说具有重要的作用，同时也是提高测绘精度的重要途径。倾斜摄影的质量控制主要包括：在数据获取中的质量控制、对数据本身的质量控制。

5.5.1 数据获取控制

无人机在摄影中获得的数据较多，影响数据获取的因素众多，如摄影时间、角度、高度等。倾斜摄影技术由于能够从不同的角度来拍摄，通过对其进行对比、分析，可以大大提高测量工程中的无人机成像质量。与此同时，通过预先设计航线，保障了所拍摄的影像质量，当其不符合测量方面的要求时，可以通过补拍的方式，来降低测量工程工作中的误差。

5.5.2 数据质量控制

数据质量对于测量工程来说至关重要，是决定其水平高度的重要因素。当无人机在拍摄完成后，POS可对GPS 数据和拍摄的数据进行处理、分析，在此过程中，一些不连续的数据能够得到有效的补充。倾斜摄影可以大大提高数据的处理质量，可以使相关的数据信息更全面、更精确，因此，数据与传统垂直摄影技术相比，出现的不连续数据较少。与此同时，由于信息密度较大，也会大大提高数据补全工作效率[4]。

6  结语

无人机倾斜摄影技术作为一种新型技术，在现代测量中发挥着重要的作用。本文对其具体应用进行了重点探究。无人机倾斜摄影技术具有广泛的应用，具体体现在航线设计、地面观测、GPS布设、数据处理以及质量控制等方面。倾斜摄影无人机以搭载的多组镜头优势，可以对需要测定的目标进行多角度的拍摄，在提升信息密度的同时，也能使呈现的影像更为立体和直观。