大比例尺地形图测绘中的倾斜摄影测量技术要点

2021-04-15魏晓琴

西部探矿工程 2021年4期

魏晓琴

（广州卓信致地规划咨询有限公司，广东广州510000）

倾斜摄影测量技术是指利用在同一飞行平台中所搭载的多台传感器设备，从垂直和倾斜等多个不同角度进行影像获取，以实现地形图测绘的一种技术。它作为近年来在地形图测绘中新兴的一种技术方法，不仅突破了传统航空摄影测量只能进行垂直角度影像获取的局限性，而且能够对真实的地物情况进行全面反映和呈现，在先进的定位技术支持下实现更为精确的地理信息与更加丰富的影像资料获取，实现遥感影像技术在地形测绘领域进一步发展和深入应用。下文将通过研究分析倾斜摄影测量技术的特点及其原理，提出倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘应用中的技术要点。

1 倾斜摄影测量技术的特点与原理分析

1.1 倾斜摄影测量技术的特点

倾斜摄影测量技术在实际测绘应用中，是利用倾斜航拍摄影机进行测量地形图的影像资料获取、分析与处理，满足地形图测绘需求。其中，倾斜航拍摄影机关于地形图影像拍摄与获取，是通过一定的倾斜角度设置实现倾斜摄影和测量。对倾斜摄影测量技术的主要特点，可以从以下几个方面进行分析：①它是在对传统航空摄影技术的融合、发展与应用基础上实现的一种测量技术，在具体测量分析中能够通过对无人机等多种飞行载体的搭载利用，实现相应的影像数据快速采集与获取，从而构建全自动化的三维分析模型，为有关测量和分析提供支持；②倾斜摄影测量技术在测绘应用中，能够通过对多视点与视角影像的获取，对测量分析地物的外观、高度以及位置等信息进行全面采集，实现DSM、DLG 和DOM、TDOM 等多种测量分析成果获取，对传统的航空摄影测量技术及其应用进行替代；③倾斜摄影测量技术的摄影分辨率较高，并且在摄影测量中的视场角相对较大；④倾斜摄影测量技术在实际测绘应用中，还能够针对同一地物实现多重分辨率的影像获取，为有关测绘工作开展提供充分的支持。

1.2 倾斜摄影测量技术的原理分析

倾斜摄影测量技术早期是在传统的有人飞机上应用，进行建筑外立面的纹理信息采集。近年来，在图像自动匹配技术的快速发展和应用推动下，倾斜摄影测量技术在实际测绘应用中，通过将倾斜放置相机所采集图像在空三模块中加入和处理，能够实现多角度的城市建筑物场景构建。值得注意的是，由于用于测绘分析的倾斜摄影相机中配置有3～5个方向的传感器镜头，能够同时从前、后、左、右和垂直面等5个不同的角度进行测量地物的影像获取，实现对同一地物的多视角影像数据与地面物体的侧面信息有效采集，在进行影像采集与获取后，还能够通过对多视影像的区域联合平差以及多视影像匹配、正射纠正、生成DSM、三维建模与数据分析等处理，实现最终的倾斜摄影测量技术产品获取。

根据上述对倾斜摄影测量技术的基本工作原理分析，以5个镜头和2个镜头的倾斜摄影相机为例：配有5个传感器镜头的倾斜摄影相机，通过5个镜头同时曝光来实现5个不同角度的摄影图像一次性获取，并且其单个镜头分辨率能够达到2000 万像素以上，其中还包含下视图像，为空三模块的影像加入处理以及正射影像图的获取和生成提供了较大的便利；而配有2个方向的传感器镜头的倾斜摄影相机，其2个镜头呈对置方式设置，在摄影测量工作中通过前后摇摆，在一个工作流程下完成对不同角度的6张影像图片获取，其单个镜头的图像分辨率能够达到3600 万像素，再加上相机本身的重量相对较轻，能够在微型的旋翼飞机上搭载应用，以进行地形图测绘和分析应用。此外，姜丽丽等人针对2个镜头与5个镜头的倾斜摄影相机测量结果进行测试对比，最终研究显示在大比例尺地形图测绘中，2 个镜头的倾斜摄影相机所采集的影像像素精度，更加符合其地形图测绘的精度要求。

2 倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用要点分析

如图1所示，为倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图测绘应用的具体流程示意图。其中，采用倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图测绘应用时，对其技术要点，应注意从以下几点进行准确把握。

图1 倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图测绘的具体流程示意图

2.1 控制测量

采用倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图测绘，为确保测量数据结果的准确性，应加强对倾斜摄影测量中的控制点数量以及控制点设置的合理控制，在确保测量控制点的数量设置合理情况下，还应在房屋顶等位置进行相应的测量控制点增加设置，从而对倾斜摄影测量的数据结果准确性进行完善和提升。对地面像控点的坐标数据，在具体测量中可采用卫星导航定位基准网进行采集和控制，以确保其采集数据的准确性。

2.2 倾斜摄影测量影像获取与数据处理

采用倾斜摄影测量技术进行航拍测量，是由各镜头按照所对应曝光点的坐标位置进行自动拍摄，从而实现多视角的影像拍摄和获取。对获取的多视角影像数据处理，需要通过虚拟影像建立，在进行视野范围的倾斜影像选取后，将选择影像的像素在虚拟影像中进行反投影，从而对摄影影像中地面突出竖直物体的重影效应减小控制。其中，在对倾斜摄影获取的多视角影像中突出地面的竖直物体重影效应进行减小控制的具体方法为：在平坦的地区对影像进行拼接，并在拼接前对两幅影像进行密集匹配，同时对倾斜影像及其对应下多视角影像进行直线特征匹配，以实现突出地面的竖直物识别，根据识别结果进行位置信息纠正。

2.3 空三加密

大比例尺地形图测绘中，应用倾斜摄影测量技术进行测量时，通过对倾斜摄影的自动空三加密应用，在进行有关方位信息对应的倾斜摄影影像以及地面控制数据输入情况下，能够实现倾斜影像的同名连接点自动匹配，然后通过对匹配粗差点的检测与剔除，进行自由网构建以及区域网平差实施，对平差模型选择经典的多像机共线方程模型进行平差处理，在完成自动空三加密后，即可进行测量分析成果输出，其输出成果包含三维格网与纠正片DSM、带贴图三维格网、三维点云等。

2.4 三维建模及要点分析

倾斜摄影测量的三维建模分析环节，可通过应用倾斜摄影测量的自动化批量建模软件，在对所获取的多视角倾斜摄影影像进行多视匹配、几何校正以及联合平差、三角网构建等处理基础上，实现对倾斜摄影获取的典型地物特征提取，并在可视化处理后，完成三维倾斜模型的建立。

2.5 数据采集与处理分析

根据上述所建立的三维模型，在倾斜摄影测量的配套软件支持下进行三维模型加载运行，然后从各个视角通过相互切换进行地物观测，以实现有关地物和地貌的立体要素采集。其中，对所测绘地形图区域的地物、地貌观测要素进行立体采集与分析中，对地物要素采用人工采集方式进行，即在直线或者是垂线等工具支持下，对各项地物要素进行有效采集。比如，对建筑物的信息要素采集中，在进行多视角倾斜摄影影像中的建筑物边缘自动识别基础上，实现较为简单的建筑物轮廓提取，以进行后期编辑和使用支持；同时，在具体操作中，为确保各项采集与分析结果的精确度，对建筑物的侧面边线等可采用手工方式进行信息采集，确保其采集精度均控制在0.05m以下。

对地貌要素采集是通过三维信息自动进行提取实现，比如，地貌信息中的等高线以及高程点等内容要素，具体采集和提取分析过程中，通过对有关软件的自动提取功能利用，在实现三维信息的等高线与高程点等信息要素自动提取后，再采用人工方式对提取要素进行装饰和取舍。此外，在进行地形、地貌要素采集中，对要素遮挡情况处理时，可通过LiDAR点云以及摄影影像资料进行遮挡位置的要素补充；同时，实际测量中，由于采用激光雷达技术进行地形、地貌要素采集时，它能够实现植被穿透，进行植被覆盖的地形要素采集和获取，因此，在大比例尺地形图绘制中，也能够通过该技术应用，补充信息获取，满足地形图测绘的要求。