无人机倾斜摄影测量在智慧城市建设的应用实例分析

杨欢张仁

浙江省建工集团有限责任公司

摘要：随着科学技术的发展，在一些工程需要收集地面相关信息时，如果采取传统的获取方式，不仅需要大量的人力和物力,其收集到的信息也比较落后，而无人机倾斜摄影技术的发展，不仅可以减少成本的投入，还可以有效提高工作效率。但是对正位摄影来说，无人机倾斜摄影模型技术有效提高了地理影响信息的质量。现阶段，国际测绘领域不断发展，应不断完善与创新无人机倾斜摄影技术，并广泛应用于各个领域。

关键词：无人机倾斜摄影；智慧城市建设；应用

前言

智慧城市的不断发展对城市建设的规划和管理提出了更高的要求，需全面建设真实、完整和高精度的城市。通过三维空间信息数据完成城市的规划，在智能建筑的建设过程中，不断应用信息测绘技术与计算机技术，并且得到深入的发展。在构建城市实景三维模型的过程中，由于传统无人机摄影测量的详细轮廓及纹理信息有限，已不能满足现代智能建筑的发展需求。因此，无人机倾斜摄影测量的出现和发展，全面改变了这个传统模式。

1无人机倾斜摄影测量原理

无人机摄影技术的由于之处在于通过在同一平台上搭载多个影像采集传感器，并同时从不同角度（如侧视图和俯视图）来捕获图像，也更加直观好理解，突破了传统航空摄影的角度信息限制。无人机倾斜摄影测量技术由倾斜的四个方向加上竖直方向的观测来提供真实的世界图像，相比之下传统的航空摄影只能从高空中以垂直的角度捕捉地面物体。

1.1倾斜摄像机性能标准

按照已有的相关规范，传统的垂直航空摄影要求倾斜角度不大于五度，最大不超过十二度。按照这样的标准，结合航空信息处理软件的进步，我们可以认为15度以上的倾斜角度都属于倾斜摄影。与此同时，倾斜相机的数量也因为需求不同而不同，5个镜头、3个镜头、双镜头和单镜头的摄影系统都有，根据不同的环境和需求可以自行选择。而摄像机的性能直接决定了无人机倾斜摄影测量结果图像的精确、清晰程度，因此对于其像素要有要求，本文的建议是不低于3500万像素，一次曝光应该要超过一亿像素。同时，相机续航能力应该要达到九十分钟，提高稳定性，要保证图像的重叠度，为适应多种环境，提高效率，也要求倾斜相机具备全天候作业能力。

1.2倾斜摄影测量技术分析

无人机倾斜摄影测量通过专业的算法将传感器获取的图像数据经过几何校正、平差、多视影像匹配等一系列手段进行处理，就能从多个方向对建筑的长宽高三维尺寸进行了解和展示，不但能够识别物体所处位置和几何形状甚至还能获取物体的纹理细节。可以将分析阶段分为三个过程，分别是数据采集、数据处理以及数据应用。小型无人机飞行平台会装备数台传感器，从而以多个角度对地面物体进行拍摄，根据地形图摄影规范设计规划航线时飞行线路通常要平行在旁向边界外和航线边界外，为了确保目标区域被完整的测量要求飞行方向和旁向的重合度大于百分之七十五。同时，在无人机飞行作业时要同步查看图像，在删除不适合的图片的同时，要针对原本计划中没有测量拍摄的地区进补飞。处理影像一般使用Smart3DCapture、PixelFactory等软件将采集的数据进行3D建模，拥有高效率和高精度的优点。在该程序上加载图像，提供一定数量的控制点，程序使用区域网络整体调整“同点匹配”，将所有点添加到控制点坐标获加密特征点，云数据构成不规则三角网TIN，然后将TIN构成白色模型，软件根据影像计算相应的纹理信息并将纹理映射形成一个三维模型。

1.3无人机性能标准

先从无人机的性能来考虑，目前市场上的无人机种类很多、质量参差不齐。需要考虑其动力系统、飞行方式等，动力系统有电池和内燃机两种，飞行的实现方法可以分为旋翼和固定翼两种，其中旋翼可以分成单旋翼、多旋翼。当使用内燃机来为飞行器提供动力时，难免会产生飞行平台的震动，对于成像质量产生影响，所以电池动力系统的无人机更好，但要综合考虑续航、测量工作效率等方面，内燃机也有其他优点。同样的旋翼和固定翼，飞行速度、续航时间、稳定性等方面都有各自优点不一而足，所以要设计适合其应用场景的性能优化方案，因此依照的标准不可能完全统一。但是对于执行无人机倾斜摄影测量的无人机标准仍然要做出一定的限制。

2无人机倾斜摄影测量技术在智慧城市建设中的应用实例分析

2.1智慧城市建设现状

某镇是国家高新技术开发区，在数字城市、智慧城市建设、智慧管网建设方面一直处于国内领先地位，为该智慧城市建设了详实、可靠的数据。下面笔者将基于该智慧城市建设研究无人机倾斜摄影测量技术和其应用可行性。

2.2技术路线与作业流程

2.2.1技术路线

飞行平台、飞控系统、地面监控系统、地面保障设备以及任务设备、数据传输系统等组成了无人机倾斜摄影测量系统。飞行平台的主要功能在于搭载任务设备与进行航摄飞行；飞控系统的主要功能在于为无人机提供导航、定位和自主飞行控制；地面监控系统对无人机的高度、空速、低速、方位以及航向、航迹和飞行姿态等飞行数据进行接收、存储、显示与回访。任务设备即倾斜摄影相机，其主要任务在于获取并存储各类型航摄影像；地面监控系统与飞行控制系统及其他机载设备之间均通过数据传输系统进行数据和控制指令传输。此外，为保证无人机航摄作业的安全性与有效性，还需设置地面保障设备提供基本保障。

2.2.2作业流程

首先对任务区域内的行政区数据、高程数据和遥感影像数据等进行收集与分析，选择适合的无人机系统，确定相对航高与航摄路线，并应选择合适的天气进行航摄。在航摄实施阶段，首先需按照预先设置好的航摄路线和时间前往现场进行实地勘探，确定好起降点后再执行飞行。飞行过程中一定要做好飞行控制工作，飞行结束后应对接收数据进行整理与检查，对不符合要求的数据进行补飞或重复飞行。

2.3三维建模流程

依据无人机倾斜摄影测量系统获取的有效原始影像和POS数据，制作城市实景真三维模型流程如下：1）对数据质量进行检查，查看原始影像的亮度、饱和度与色相，对数据进行预处理；2）利用校验场或CORS站校验POS系统，对POS数据进行解算，获得每张航片的较精确的外方位元素；3）利用POS数据、像控点数据以及影像数据开展空中三角测量，进行控制点加密处理，获得精确的外方位元素；4）利用空中三角测量加密处理成果结合垂直影像、倾斜影像数据，运用影像密集匹配技术生产出DSM数据；5）利用预处理和增强处理后的影像数据进行DSM数据纹理映射，将像素级别的分辨率纹理映射到实景DSM数据表面，利用软件一键式生成初级全要素的城市实景真三维模型；6）为保证城市三维模型更为精细化，对模型数据进行补漏与修改；7）检查并验收模型成果，符合要求后方可提交。目前用于进行三维建模处理的软件较多，本研究选取了ContextCapture这一全自动三维建模处理软件对燕郊智慧城市建设中的实景真三维模型进行制作。这一软件仅需简单的照片即可生产具有高分辨率的真实三维模型，数据处理速度快，无须人工干预，所制作的三维模型极具真实感。本项目中的无人机系统共配备有一个垂直镜头、四个倾斜镜头，获取任务区不同角度的原始影像数据，运用ContextCapture所具备的快速三维场景运算功能，重构了地面景物的实景模型，全要素的城市地上实景真三维模型建设目的得以实现。

结束语

总而言之，论文通过对无人机倾斜摄影测量技术的研究和分析得出，无人机倾斜摄影测量技术对智慧城市的构建和规划具有非常重要的作用。在城市建设过程中，相关技术人员应合理运用三维建模技术，为城市未来的发展提供科学的依据。

参考文献：

[1]宁利立.无人机倾斜摄影测量技术在智慧城市建设中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市,2018(9):75-76+79.

[2]李杰,马强.无人机低空倾斜摄影测量技术在玛纳斯智慧城市建设中的应用[J].岩土工程技术,2018,32(4):173-176+211.