无人机倾斜测量在大比例尺地形图绘制中的应用

无人机倾斜测量在大比例尺地形图绘制中的应用

梁家斌

佛山市测绘地理信息研究院广东佛山528000

摘要：无人机倾斜测量是这些年逐渐发展起来的高新测绘技术。通过在飞行平台上搭建多个摄影设备从不同的角度采集地物数据并利用三维建模技术实现自动建模，使航测数据能够更好更精确的反映出大比例尺地形的表面外观、相对位置、地势高度等特点。本文通过对无人机倾斜测技术理论的论述，对在实际应用当中的优势与现状进行了分析，进一步探讨了无人机倾斜测量技术在大比例尺地形图绘制当中的应用策略。

关键词：倾斜测量；大比例尺；图形绘制

前言

当前，无人机倾斜测量技术在地理测绘领域得到了越来越广泛的应用，利用高性能飞行器搭载倾斜测量设备对大比例地形地貌进行绘制可以得到更加清晰更加接近实物的三维图像数据。当然，无人机倾斜测量技术对飞行搭载平台与相机设备性能都有更高的要求。倾斜测量技术要求无人机具有更大的载重能力；更长的续航时间；更高范围的飞行高度；更稳定的飞行性能等方面。同时，对航拍相机则要求具有更宽广的摄影视角；更高的拍照像素；更长的工作时间；更强的抗干扰能力等方面。因此倾斜测量技术的应用水平依然处于上升阶段。

一、无人机倾斜测量技术

由于倾斜测量技术采用多台高分辨率摄像装置从不同的角度对地物的三维特性进行数据获取，使得构建的图像具有更高的像素。同时，高性能的无人飞行器搭载设备进行拍摄时能够扩大工作范围，为相关技术人员节约时间成本提升工作效率。以下对无人机倾斜测量技术的概况进行具体论述。

（一）摄像原理

倾斜摄影技术不同于传统的影像正面拍摄方式。通过增加多角度拍摄镜头而获取同一物体在不同方位上的高像素倾斜图像，它不仅能反应出地面物体的真实三维情况，也能对地面物体的纹理特性进行详细描绘。基于倾斜摄影技术建立的三维模型更加接近于实物，在资源勘探、国土普查、军事行动等方面具有重要的实用价值。

（二）航测规划

无人机通过卫星制导方式定位位置信息，对飞行轨迹、高度、速度进行参数的优化设置，进而规划出合理的飞行路径，在最大程度上节约无人机能量消耗，增加工作时长。无人机搭载设备对地物进行测绘时将大比例尺的地形三维数据整合到特定统一的坐标系统当中，并利用先进的三维图像处理软件对大范围地形地貌进行高精度的模拟建立。

（三）数据处理

首先，对无人机航测的数据进行整合、分类、筛选，将无用的数据进行剔除。第二，利用空间三角数学计算对拍摄实物时的信息缺失部分进行增补，为地物三维结构的重建提供基础。第三，在同一个坐标体系下利用高性能计算机进行三维影响数据计算，实现对实物三维特征的精细重构。建立起高质量的GIS模型。

二、实际应用

当前随着倾斜测量技术研究的深入，在实际工程应用当中具体的工作流程得到了一定程度的简化，其重要包括前期的分析规划与后期的数据处理模型建立。以下进行具体探讨。

（一）设计规划

第一，工程技术人员在进行地形图绘制之前需要对工作区域进行勘察，通过观察地形特征、地物的三维特性、地物的分布情况，对飞行器在执行航测工作时的路线进行科学合理的规划，从而提高航测的精确度，降低飞行器能源的消耗，提高技术人员的工作效率。第二，分析工作区域的空间环境条件，包括航空线路情况；空气透明度；天气情况等，从而对飞行器飞行参数高度、速度等，以及摄像机摄影参数焦距、分辨率、曝光度、倾斜角度等，进行合理设置。

（二）航测工作

工程技术人员在进行实际测绘工作时依据前期调查分析结论调整好设备的各项参数运用倾斜测量技术进行地物航测工作。对地物三维特性数据进行采集时调整好无人机飞行方向，自动完成对地物的拍摄，必要时采用手动模式调整无人机飞行姿态参数设置对复杂地形进行多角度多方位测绘，以确保三维信息数据的可靠性，防止隐藏信息缺失。此外，在实际操作中技术人员应当把控好工作频率，避免硬件设备因工作强度过大受到损坏。同时要根据工作区域的大小预测数据量，选择合适的数据存储设备。

（三）数据处理

航测工作中收集的数据量巨大，但并非都是有效数据，因此需要对数据进行筛选和剔除工作。利用图像分析软件对摄像机捕捉到的图像信息进行分类处理并与各个方位相机的拍摄到的图像数据整合匹配进行倾斜三维造影，在对多视角情况下得到的数据平差处理后，收集高利用价值高精度的部分，作为后期三维建模的基础数据。

（四）三维建模

技术人员利用相关软件和处理后的航测数据在制定坐标系下自动进行地物3D模型建立。由于三维重构的数据计算量非常巨大，因此需要有特殊的高性能计算机完成这些任务。利用倾斜测量技术可以完成大规模的地区测绘工作，并建立地区三维模型。但在大比例尺地形图绘制中应当结合其他形式的绘制技术进行工作，进一步确保模型建立的高精确性。

三、注意事项

无人机倾斜测量在大比例尺地形绘制应用当中应当注意以下方面的内容：

（一）注意飞行器控制

无人机的巡航虽然可以由自动控制系统完成，但在遇到地形、天气复杂的环境时，飞行器的平衡性与抗干扰能力会大打折扣，技术人员在这种情况下要特别注重对无人机的手动干预控制，机载设备价格高昂，且维护费用不低，一旦出现险情，不仅会造成硬件系统损坏，数据丢失，还会严重耽误技术人员的工作进度。用时，在飞行器使用前要对机身进行仔细检查，确保没有问题后再投入使用。

（二）注意数据收集设备参数的调整

数据收集设备在随着无人机工作之前技术人员要对其参数进行仔细核查，根据工作开始前设定的无人机飞行高度设置合理的正面镜头与其他倾斜镜头的分辨率，并对机载内存设备进行检查，确保其拥有足够的储存空间。

（三）注意数据处理方法

无人机飞行速度很快，摄像装置在采集和记录三维数据时难免会存在错误的发生，包括数据缺失、数据混淆、数据误差大等方面。因此，在实际工作当中，工程技术人员应当做好数据处理工作，通过比对与软件分析提炼出最佳数据集为后期建立高质量的高清晰度的3D建模打好基础。

（四）注意技术能力的培养

相关工程技术人员的个人能力也是无人机倾斜测量技术成熟应用的基础。首先，技术人员应当熟练掌握无人机的使用方法、维护方法、参数设置；其次技术人员应当对摄像设备参数调整的条件与范围具备扎实力理论基础，同时拥有良好的处理突发问题的能力。在地形图绘制的过程中要加强对技术骨干队伍的建设，面对倾斜测量技术依然处于发展阶段的现状，提升队伍进行技术创新设备创造的能力同样显得极其重要。

结论

本文通过对倾斜测量技术的概述和对倾斜测量技术在大比例尺图形绘制当中的应用探究提出了部分实际工作中工程技术人员应当注意的部分重点事项。然而，无人机倾斜测量技术的应用仍然处于发展阶段，还存在很大的进步空间，因此，相关工程技术人员应当对其进行更加深入的应用研究，为今后无人机倾斜测量技术在军事侦查、地质勘探、城市规划、国土普查、等方面获得更加广泛的应用打下基础。

参考文献

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