基于无人机倾斜摄影测量的关键技术及应用分析

基于无人机倾斜摄影测量的关键技术及应用分析

高放

昆明康正测绘服务有限公司 云南省昆明市 650000

摘要：近年来，随着测绘技术的不断发展，无人机倾斜摄影测量技术日趋成熟。基于无人机搭载镜头开展低空倾斜摄影测量的技术已经逐步应用到大比例尺地形、地籍测量工作中。无人机倾斜摄影测量能够快速、多角度地采集目标物的影像数据，采用专业软件进行三维建模，还原目标物的三维场景。研究小组就无人机倾斜摄影测量技术在地籍测量工作中的作业流程、检测方法和成果精度进行探讨，为今后开展大比例尺地籍测量提供一些参考。

关键词：倾斜摄影测量；传感器；数据采集；三维建模；航空摄影；无人机

引言

倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项高新技术，倾斜摄影技术三维数据可真实反映地物的外观、位置、高度等属性。一般倾斜摄影采用五镜头相机，一台获取垂直影像，另外四台从前后左右4个方向同时获取地物的侧视影像，相机倾斜角度为40°～60°，可以较为完整地获取地物侧面的轮廓和纹理信息。倾斜摄影数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种成果，同时从垂直、侧视等不同的角度采集影像，有效弥补了传统航空摄影的局限。

1基本原理

无人机摄影测量是通过将摄像机搭载在无人机上，综合无人机的飞行功能和摄像机的摄像功能来完成摄像的过程。为了保证精度和摄像范围，一个无人机上往往搭载多个摄像机，搭载过程中摄像机的光轴与铅锤方向有一定夹角，因此也称之为无人机倾斜摄影，对于常用的５个摄像机的设备，一般搭设下视、前视、后视、左视和右视摄像机，其中下视为铅锤视角，其余４个视角与铅锤视角间夹角可在１５°～４５°之间进行调整。无人机上搭载的一般为Ｐｏｓｔ－ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＫｉｎｅｍａｔｉｃ（ＰＰＫ，ＧＰＳ动态后处理差分）其精度完全满足土地测量的需求，而Ｒｅａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ测量系统，虽然精度高，但目前尚无法满足无人机高速飞行状态下的位置记录，为完成试验数据验证

2无人机倾斜摄影测量技术优势

无人机倾斜摄影测量技术优势无人机倾斜摄影测量系统具有体型小、重量轻、可操作性强等特点。通过无人机平台搭载的相机，能够从5个不同的角度进行厘米级分辨率影像数据快速采集，极大地提高外业地形、地貌、地物及其属性数据的采集效率。此外，后期内业数据处理能够通过三维模型的重建和纹理映射，快速、高效地获取全面、真实反映测量区域的三维模型，提高测量数据的精度。

3倾斜摄影应用的关键技术

3.1确定测区范围及航线规划

确定测量任务后，根据甲方及规范要求做好测量范围的KML线，在测区，把KML范围线导入遥控机，连接网络，在遥控器桌面上选择规划航线的形式，常见航线模式有三种，摄影测量2D、摄影测量3D-井字形和摄影测量3D-五向。此项目甲方需要提供1∶1000数字地形图，测区开阔，平均高差不大，选择摄影测量3D-井字形能满足项目需求。

3.2像控点布设

测区平面像控点采用在统一的区域网布设方案。测区空三加密区域网的划分按航线分布和地形条件划分，网的图形呈方形或矩形。斜摄影测量像控点布设至少保证每平方千米布设22个控制点的技术要求，本项目共布设平高点144个，点位有条件区域采用在空旷硬质地面刷涂Ｌ型固定红油漆为标记，无条件区域采用临时靶标模式。在条件允许地区利用图根控制点作为像控点，以便提高工作效率和影像整体质量。

3.3数据采集

本文以本次所采用的六旋翼五相机无人机搭载倾斜摄影相机（以下简称相机）为例，对其数据采集过程进行介绍。该相机具备铅锤和前后左右共计５个影像采集相机，最高飞行高度２８０ｍ（自其起飞点计算），最大分辨率和最小曝光间距分别为０．０２ｍ和５ｓ，相机总像素超１８千万像素，５个相机镜头均采用２８ｍｍ／Ｆ２．４（等效焦距）。４个非铅锤视角和铅锤视角之间的夹角均可以可在１５°～４５°之间进行调整。

3.4　空三加密

在保证飞行数据能对区域进行全覆盖、照片的拍摄质量良好以及像控点满足精度要求的基础上，使用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ和航天远景ＥＰＴ软件对采集到的影像进行调色和匀色处理。该系统中空三计算是自动完成，采用光束法区域网整体平差方法进行，即以一张像片组成的一束光线作为一个平差单元，以中心投影的共线方程作为平差单元的基础方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共光线实现最佳交会，将整体区域最佳地嵌入到控制点坐标系中，从而恢复地物间的空间位置关系［１２］。作业时，利用ＰＯＳ提供的多视影像的外方位元素作为初始值，采用ＡＳＩＦＴ，ＳＩＦＴ算法来进行多视影像的特征点匹配，以获取不同影像之间的连接点［１３］。利用试验区中影像连接点的像点坐标，结合像控点，通过严密的平差计算，得到连接点的地面坐标和多视影像的外方位元素，输出空三成果。

3.5三维模型测图

数据采集平台采用南方ｉＤａｔａ－３ｄ数据工厂，利用倾斜摄影模型进行高精度大比例尺地形数据的矢量采集工作。无需佩戴立体眼镜，根据影像及自动空三生成的三维模型裸眼直接定位地物要素的三维信息。软件内置地类属性模块实现要素编码分类，经整理形成１∶５００地籍图。

3.6调绘与补测

开展集体经营性建设用地入市工作，首要工作要求准确表达权属范围内使用面积信息，结合相关权源材料制作宗地图。踏勘测区时，规划设计好图根控制点布点方案，利用网络ＲＴＫ测量像控点时，同步完成图根控制测量。全站仪野外对界址点按规范技术要求实测，同时对相关地物同步测量，以便后续对倾斜测量成果进行精度检查和评定。相对与正射影像，倾斜影像能从多个角度观察地物，更加真实的反映地物的实际情况。充分利用倾斜模型成果，相关入市企业权利人可利用倾斜影像，不受天气等不良影响，直观真实在微机上完成用地范围指界确认。对地形要素可以实现在微机上采集，较传统测绘模式，减少一半外野人员和仪器设备，工期明显缩短。

3.7成果精度检测

项目成果检测采用全站仪全野外实测成果与倾斜摄影内业提取成果比对的方法进行精度评定，检测要素主要包含房屋、围墙、阳台等，成果精度检查内容包括平面精度、边长精度。项目共用全站仪设站检查物点坐标，用ＬｅｉｃａＡ３系列手持测距仪对边长进行检测共检测边长。

结束语

无人机倾斜摄影测量技术的发展促进了工程建设效率的提高。本文研究了无人机倾斜摄影测量技术在道路勘测中的应用，证实了利用无人机倾斜摄影测量生成大比例尺道路带状地形图和获取道路设计纵横断面数据的可行性。但是部分林木比较深的地方可能只能通过无人机搭载三维激光扫描仪获取数据。搭载倾斜相机或三维激光扫描仪，可以解决大部分地形数据采集问题，极大地提高了道路勘测的效率。

参考文献

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