无人机倾斜摄影测量技术及其应用

赵维霞

新疆疆海测绘院 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：随着科学技术上的快速发展，测绘技术水平不断提高，其中无人机倾斜摄影测量技术在各领域得到广泛应用。文章通过对无人机倾斜摄影测量技术进行分析，对当前实际应用展开相应的研究与探讨。

关键词：无人机；倾斜摄影；摄影测量；测量技术

引言

现阶段，无人机倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域中一种新兴技术，根据倾斜摄影技术获得的测量信息建立相应的三维模型，能够更加直观地展现地物、地貌。以此为基础建立具有真实纹理的三维数字城市模型所凸显的市场价值和发展前景逐渐被人们熟知，Smart3D Capture软件在快速低成本实现精细的三维模型构建、大比例尺数字高程模型（digital elevation model,DEM）的制作以及三维数字模型的可视化展示等方面拥有巨大优势。

1无人机倾斜摄影测量技术分析

作为一项当代科技高速发展时代下的产物,倾斜摄影测量方法在实践中与传统摄影测量技术还是有着显著的差别。前者在实践中更具备优势,并拥有远大的发展前景。在测量方式上,倾斜摄影测量技术是通过对所选定的测量区域中的各个摄点的多个方向与角度,如垂直、右视和左视等5个方向的影像进行有效的获取,并生成三维实景模型来研究被摄对象的横断面、大小、规模等特征的一项高新技术。而传统摄影测量技术主要是通过对所选对的测量区域各摄点的中心投影影像所生成的正射影像来分析和研究被测对象的性质、大小等特征的一种技术方法。在测量技术探测方面上,传统摄影测量技术用途比较狭隘,仅用于生成正射影像与绘制地形分布图。而倾斜摄影测量技术的用途除了生成正射影像与绘制地形分布图,还能够构建三维实景模型,从全方位对被测对象进行分析与研究。无人机倾斜摄影测量在实践过程中具有明显的优点,它借助先进的定位技术与科技支持,真实反映并分析被测对象的状况,从而构建出三维实景模型以研究被测对象的各种特征与性质。无人机倾斜摄影测量能够从多角度多方面分析所研究区域的地形与周边实际情况并在短时间内如实反映测量数据,很大程度上可以弥补传统倾斜摄影测量的不足。而且在实践测量中选择无人机倾斜摄影测量技术能够节省人力财力资源。

2无人机倾斜摄影测量技术的应用

2.1无人机倾斜摄影测量在矿山测绘中的实际运用

某矿山属于露天矿，采用高台阶开采，拥有较高边坡，数十米不等，走向长在几百米到几公里之间，拥有复杂地形变化，难以采用常规方法开展矿山测绘作业。出于对测绘人员人身安全问题的考虑，同时为保证坡度较大区域的测绘数据能够正常采集，计划采用无人机倾斜摄影技术进行矿山测量，实现矿区大比例尺测绘，满足矿区规划设计要求。具体来讲，就是要根据测区面积和地形复杂程度完成摄区划分，然后进行航线、航高、航向重叠等飞行参数设定，完成像控点合理布设。结合规范要求，需要对基准面高程进行确认。按照公式H=f×GSD/a，可以完成测绘精度条件下的航高H计算。式中，f指的是摄影镜头焦距，GSD指的是影像地面分辨率，数值较小说明精度较高，a则为像尺寸大小，焦距与像元迟迟均由摄像机规格决定。选取的航摄系统为HM2200，摄影机为南方测绘倾斜数字航空摄像机，需要完成配套卫星定位系统等系统的配置，以确定各项飞行参数大小。根据飞行时间，可以对航线长度方向等参数进行模拟。采用航线规划软件，能够完成航线模拟，综合考虑航与航高比、摄区长宽比进行航线布设。由于摄区面积较大，需要划分成多个小区域，分航次完成数据采集，像控点的架设需保证测区在控制区内，通过适当加密保证数据采集精度。

2.2三维数字城市建模中的应用

第一，资料收集和准备。收集所测区域的相关资料，了解研究区域的周边环境和需要注意的事项，为进行航测做好充足的前期工作。第二，控制点布设、现场摄影。为保障数据的精度，要选择控制点并对其进行测量，在进行航测的同时，应该设计好飞行航线。地面地物是构成城市三维模型的主要信息，也是城市建筑和交通等重要信息。控制点信息可从前期收集的数字地形图或城市规划设计图上获取控制点平面坐标，也可使用专业测量仪器进行重新测定；同时为了记录部分复杂地貌侧面纹理信息，还需用数码相机现场拍照，便于后期查找与比对。第三，获取影像信息。地面纹理数据信息和地物高程信息数据可通过航天航空摄影技术获得，如无人机倾斜摄影测量技术。无人机倾斜摄影测量系统由飞控系统、地面监控系统、传输系统、地面设备组成。在无人机拍摄前，根据所需要被测地物，设定无人机飞行的航空路线、航摄高度，无人机按照规划的航摄路线拍摄，然后将拍摄的数据信息进行整理，并对影像数据进行质量检查。检查内容包括影像质量、文件格式、影像的重叠度、影像变形及定位定姿系统（position and orientation system,POS）信息与影像对应关系等，若影像符合要求则进一步对获取的航摄影像进行预处理，并将处理后的影像数据成果进行更深入地处理，得到所需成果。

2.3大比例地形测绘中的应用

传统大比例尺地形图测绘作业可概括为“三内二外”,即内业收集资料,根据测区概况设计技术方案;外业采集数据,绘制草图;内业分类矢量化地物,包括配准、空三、格式转换;外业调绘,反馈位置、类别信息;内业编辑、分幅、整饰,立体测图,成果发布等。倾斜摄影测量工艺,和传统航测方式大致一样,流程更加简化。外业作业之前,首先收集测区资料,包括控制点成果、坐标系统和高程基准,已有地形图成果和地名资料等。接着,针对任务进行初步设计,并报送业务主管部门审批,制定无人机航飞方案,并进行空域申请,明确无人机搭载的传感器类型、地面分辨率、飞行高度、架次、重叠度等。在具备外业影像采集条件后,按照航测设计方案,进行像控点坐标和倾斜影像数据采集工作。内业工作主要包括数据预处理、空三加密、生成点云和建立实景三维模型等。所有内业均可在数码倾斜影像导入软件后由软件自动解算完成,通过多视影像联合平差技术进行倾斜影像区域网平差、多视影像密集匹配技术得到高精度点云数据,还可以运用联机计算缩短内业数据处理时间。大比例尺地形线划图采集工作,可根据三维模型、DOM和点云作参照,提高地物的判读性和数据采集的速率]。

2.4城市建设规划辅助决策中的应用

在城镇建筑规划建设中，规划审批是其中极为重要的一部分，不管是何种地块建设，一般都会有共性需求，主要是与周边环境之间的相互协调性。在BIM技术诞生前，协调性带有强烈的人为主观意识，BIM技术诞生之后，三维环境能够对建筑物的尺度、高度以及形态等进行全面的对比，对建筑方案以及具体协调性、优劣性作出判断，最大程度上保障规划方案的真实有效性，为其提供强大的技术支撑。BIM主要是人为建模，因此，当建筑物较为复杂且年代较为久远的情况下，BIM技术不能够很好地展现其细节，尤其是建筑物的纹理、色彩等。而倾斜摄影测量技术采用多个角度形成三维影像，能够与实际场景保持一致，在这样的环境中，能够全面地反映设计规划方案的真实可靠性，能够为决策规划提供一定的辅助作用。

结语

倾斜摄影测量技术是一项当代高新技术发展下的产物,而无人机倾斜摄影测量技术是其科技具体表现的一种形式。无人机倾斜摄影测量技术在多方面已突破了传统的倾斜摄影测量技术,并不断在此基础上创新与发展,通过对被测对象的多方面多角度进行探测并生成三维实景模型进行分析,让测量结果具备全面性与系统性,对我国各个领域与行业都产生了深远而深刻的影响且有远大的发展前景。

参考文献

[1]李宏豪.倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].居舍,2019(06):174.

[2]邱昱琛.倾斜摄影测量技术的实景三维模型研究[J].低碳世界,2019,9(02):66-67.

[3]刘葛,赖建民.倾斜摄影测量在传统地籍测量中的应用与探讨[J].科技风,2019(05):125.