无人机倾斜摄影测量技术的研究与应用

王金磊

中铁三局集团 桥隧工程有限 公司 四川成都 610000

摘要：近年来，随着智能制造与人工智能技术的不断进步，无人机产业得到了快速发展，并在国防、娱乐、公安、农林电力、勘测等行业广泛应用。同时，无人机控制技术、数码航摄技术、及影像处理技术的不断成熟，有效客服了传统摄影测量的技术困难，成功解决了传统测绘劳动强度大、成本高的问题，无人机航测系统成为继全站仪、RTK（实时动态定位）后新一代的测绘技术装备。基于无人机航测及倾斜摄影技术解决了新建川南城际铁路一隧道出口高陡坡土石方传统测量难度大、风险高等问题，促进了该技术在测量领域更深入的发展。

关键词：无人机；测量；倾斜摄影；建模；施工

1. 工程概况

庙基坡隧道全长1875米，出口里程D1K201+325，出口紧邻南广河大桥，下方为既有547国道。隧道出口位于陡壁中部，坡面局部地段危岩落石倒悬，隧道顶埋深约30米为一缓坡台地（线路方向长100-200米），台地后缘为130米高陡崖。四川宜宾处于蓥山地震带，该隧道出口区域可能因爆破震动、降雨、地震等不利因素叠加影响，危及铁路安全，需要对本区域进行危岩落石清理并对陡壁加固防护。

2. 无人机倾斜摄影测量原理及技术特点

2.1无人机倾斜摄影测量原理

通过传统摄影测量的飞机飞行方式，增加向前、后、左、右四个方向的传感器镜头，同时拍摄一组正摄和四组倾斜等五组不同角度的像片，或者通过可旋转镜头相机拍摄各个方向的无人机 。拍摄像片时，同时记录航高、航速重叠、旁向重叠、坐标等参数，然后对倾斜影像进行分析和整理。

2.2倾斜摄影测量技术特点

2.2.1反应地物真实情况并且能对地物进行量测

倾斜摄影测量所获得三维数据可真实地反应地物的外观、位置、高度等属性，增强了三维数据所带来的真实感，弥补了传统人工模型仿真度低的缺点，增强了倾斜摄影技术的应用。

2.2.2高性价比

倾斜摄影测量数据是带有空间位置信息的可量测的影像数据，能同时输出DSM、DOM、DLG等数据成果，可在满足传统航空摄影测量的同时获得更多的数据。

2.2.3高效率

倾斜摄影测量技术借助无人机等飞行载体可以快速采集影像数据，实现全自动化的三维建模。

3. 无人机倾斜摄影测量作业流程及技术要点

   1. 无人机倾斜摄影测量作业流程

现场勘察→飞行环境检查→设备检查→航高确定→像片重叠度设置→航线规划→摄影测量外业控制测量→像控点布设→像控点量测→航线规划→航摄像片→内业处理生成正射影像和DEM→EPS三维测图处理→CASS断面图处理→土石方量计算

3.2无人机倾斜摄影测量技术要点

3.2.1无人机航线规划

无人机采用大疆精灵4pro无人机，航线规划软件DJI GO，无人机摄影测量的航线一般采用S形飞行方法，为得到高精度测量数据，一般采用构架线的方式，也称之为骨架线的飞行方法，在S形飞行航线基础上，左右两边在数值方向飞行两条航线，如图1所示。本项目飞行时根据需要及考虑大疆精灵4pro无人机的性能设置航高为100米，航向重叠度为70%，旁向重叠度为40%。

3.2.2无差分GPS无人机像控点布设与测量

根据大量的工程实践验证，像控点布设放法采用九宫格的布设原则，如图2所示。像控点均匀分布，对于大范围测量，每平方千米3~4个点比较适宜。形状布设为L形，然后用RTK进行测量，如图3所示。

图3：用RTK进行测量

3.2.2数据预处理和处理

先对采集的数据进行倾斜影像检查、POS数据检查、飞行质量检查、控制点检查和机载差分GPS数据结算等预处理工作，通过机载差分GPS设置减少地面像控点的布设，确保数据无误后，人工将之前布设好的像控点和所拍摄得到的影像进行“刺点”关联，赋予影像准确的像控点坐标，然后导入Smart 3D软件进行空三加密解算。经过空三解算和建模，建出高精度模型、真正射影像，如图4所示。完成测区空三成果、实景三维模型、正射影像等数据的制作，采用EPS测图软件打开实景三维模型，在EPS软件中进行点、线、面测图，并根据想要结果赋予图层与属性信息。最后采用CASS软件进行图形数据编辑，生产出想要的断面图，如图5所示。

图

4：生成DEM模型 图5：生成断面图

4. 无人机倾斜摄影测量发展展望

无人机摄影测量技术是一项融合了多种测量技术的系统平台，实用性强，有效的提升了测量效率及结果准确性。在未来的发展,需要加强硬件、软件和规范的改进,首先是硬件,需要提高无人机的飞行姿态的稳定性、高速飞行操作的机动性以及续航性能,提高图像采集硬件支持的能力,以获得更高的图像精度,节省后期数据处理成本；其次是软件，提高软件处理的综合性或系列性，提高图像处理能力，提高信息提取能力，从图像中挖掘更有用的信息；最后，需要完善无人机服务和服务管理不规范监控的问题，普及无人机法规规范，增加限飞区域、限飞高度以及安全飞行准则等安全飞行指引，促进无人机倾斜摄影测量技术的进步与发展。

结束语

伴随着5G网络技术和无人机技术的发展，无人机倾斜摄影测量将在智慧城市、水利、电力、能源、国土、公路、铁路等国民经济建设各个领域得到广泛应用。

参考文献：

[1]赵国梁.无人机倾斜摄影测量技术[M].西安地图出版社，2019.

[2]曹琳.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析[D].西安科技大学，2016.

2