倾斜摄影测量技术的应用探讨及前景分析

倾斜摄影测量技术的应用探讨及前景分析

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1.天津市测绘院天津市西青区300381；2.天津中科遥感科技集团有限公司天津市西青区300381

摘要：倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项新的测量技术。它改变了以往航测遥感影像只能从垂直方向拍摄的局限性，倾斜摄影测量技术通过多台传感器从不同的角度进行数据的采集，快速、高效获取丰富的数据信息，真实地反映地面的客观情况，满足人们对三维信息的需求。目前，倾斜摄影测量技术已经应用于实际的生产实践。

关键词：倾斜摄影测量技术；影像匹配；三维建模；无人机

1倾斜摄影测量概述

通过在同一飞行平台上搭载5台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜五个不同的角度采集影像，拍摄相片时，同时记录航高，航速，航向和旁向重叠，坐标等参数，然后对倾斜影像进行分析和整理。在一个时段，飞机连续拍摄几组影像重叠的照片，同一地物最多能够在3张相片上被找到，这样内业人员可以比较轻松地进行建筑物结构分析，并且能选择最为清晰的一张照片进行纹理制作。向用户提供真实直观的实景信息。影像数据不仅能够真实地反映地物情况，而且可通过先进的定位技术，嵌入地理信息、影像信息，获得更高的用户体验，极大地拓展遥感影像的应用范围。

2倾斜摄影测量的关键技术

2.1多视影像联合平差

多视影像不仅包含垂直摄影数据，还包括倾斜摄影数据，而部分传统空中三角测量系统无法较好地处理倾斜摄影数据，因此，多视影像联合平差需充分考虑影像间的几何变形和遮挡关系。结合POS系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到较好的同名点匹配结果。同时，建立连接点和连接线、控制点坐标、GPU/IMU辅助数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合解算，确保平差结果的精度。

2.2多视影像密集匹配

影像匹配是摄影测量的基本问题之一，多视影像具有覆盖范围大，分辨率高等特点。因此，如何在匹配过程中充分考虑冗余信息，快速准确地获取多视影像上的同名点坐标，进而获取地物的三维信息，是多视影像匹配的关键。由于单独使用一种匹配基元或匹配策略往往难以获取建模需要的同名点，因此，近年来随着计算机视觉发展起来的多基元、多视影像匹配，逐渐成为人们研究的焦点。目前，在该领域的研究已取得了很大进展，例如建筑物侧面的自动识别与提取。

2.3数字表面模型生成和真正射影像纠正

多视影像密集匹配能得到高精度高分辨率的数字表面模型DSM，充分地表达了地形地物起伏特征，已经成为新一代空间数据基础设施的重要内容。由于多角度倾斜影像之间的尺度差异较大，加上较严重的遮挡和阴影等问题，基于倾斜影像的自动获取DSM存在新的难点。可以首先根据自动空三解算出来的各影像外方位元素，分析与选择合适的影像匹配单元进行特征匹配和逐像素级的密集匹配，引入并行算法，提高计算效率。

3倾斜摄影测量技术的应用

由于倾斜影像为用户提供了更丰富的地理信息，更友好的用户体验，该技术目前在欧美等发达国家已经广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。在国内政府部门用于：国土资源管理、房产税收、人口统计、数字城市、城市管理、应急指挥、灾害评估、环保监测。企事业单位：房地产、工程建筑、实景导航、旅游规划等领域。

无人机具有机动、灵活、快速、经济等特点，以无人机作为航空摄影平台能够快速高效地获取高质量、高分辨率的影像，无人机在摄影测量中的优势是传统卫星遥感无法比拟的，越来越受到研究者和生产者的青睐，大大地扩大了遥感的应用范围和用户群，具有广阔的应用前景。无人机倾斜摄影测量已经成为未来航空摄影测量的重要手段和国家航空遥感监测体系的重要补充，逐步从研究开发阶段发展到了实际应用阶段。

在国外，美国航空航天局将无人机应用于森林火灾监测、精确农业、海洋遥感等研究项目。澳大利亚利用全球鹰搭载成像SAＲ进行海洋监测研究。在国内，红鹏公司微型无人机倾斜摄影系统将无人机技术与倾斜摄影技术有效地结合，自主研发完成了一套微型无人机倾斜摄影系统，包括电动六旋翼无人机、五相机倾斜摄影吊舱、降落伞模块、控制模块等。系统具有成本低、飞行可靠性高、操作使用简单、起飞和着陆场地要求低。定位精度与影像分辨率高等特点，可以满足倾斜摄影测量与快速三维建模对数据获取的要求。目前国内外尚无类似微型倾斜摄影产品平台，弥补了微型超低空低成本获取倾斜摄影测量高分辨率数据的空白，可为测绘、规划、应急、公安、旅游文化等行业提供低廉、高效、敏捷的数据支持与服务，提高了精细三维数据灵活快速获取的能力。应用成果已在公安、应急、测绘、旅游、环保等行业得到了应用验证，获得了用户的好评。社会经济效益显著，具有重要的示范作用和推广价值。目前倾斜摄影测量能达到的精度见表1。

4前景

近几年，倾斜摄影测量技术得到了迅速的发展，由于倾斜摄影测量技术能够获取建筑物、树木等地理实体的纹理细节不但丰富了影像数据源信息。同时，高冗余度的航摄影像重叠，为高精度的影像匹配提供了条件，使得基于人工智能的三维实体重建成为了可能。分层显示技术、纹理映射技术成为倾斜摄影测量和建模的关键支撑点，极大地提升了三维建模的效率，同时也降低建模的生产成本。目前，基于倾斜摄影测量成果的应用还比较少，因此，大量的应用创新点挖掘还需要逐步深入。同时我们不能局限于倾斜摄影测量技术，还需要研究其与雷达、红外、多光谱、高光谱等多种的传感器的结合，将他们集成在更小的无人机上拓宽摄影测量技术的应用范围，未来基于点云数据计算的大规模三维数据生产使得工程测量、三维建模等工作进行颠覆性的变革，开启三维遥感的新时代。

5结束语

基于倾斜摄影测量的优势可以得出以下结论：1）目前对大数据的需求逐渐变大，而倾斜摄影测量所得影像数据可以转化成DLG、D0M与DSM等不同数据格式，并且能对数据进行矢量化等操作，大大增加了其使用的范围，满足不同的工程需要。2）倾斜摄影测量技术具有高效率、高真实性、以及快速获得海量空间数据的特点，但在倾斜摄影测量数据处理过程中对于影像数据的匹配和整体三维模型的表达方面还不成熟。若研究出高精度的影像数据匹配方法以及去除冗余信息增强运行的效率，而不影响建模实体效果，将能大大增强其实用性。3）无人机的应用促进了倾斜摄影测量的发展，由于无人机的便携性、快速、灵活的特点，具有很强的使用价值。目前，无人机进行实际测量在实践中得到的结果很理想，相信随着技术的发展，以后会更加成熟，应用的领域会越来越宽广。但无人机的续航问题在一定程度上限制了倾斜摄影技术的发展，需要进一步的研究。

参考文献：

［1］张平，刘怡，蒋红兵.基于倾斜摄影测量技术的“数字资阳”三维建模及精度评定［J］.测绘，2014（3）：115－118.