无人机倾斜摄影技术在地理信息获取中的应用

无人机倾斜摄影技术在地理信息获取中的应用

贺 玺

天津市银帆公路测绘工程技术有限公司 天津 300000

摘要：无人机倾斜摄影技术的应用为我国大比例尺地图的测绘、数字城市建设、地籍测量、高精度地理信息获取等领域做出了卓越的贡献。在无人机测量技术应用中，传统的航空航天摄影测量技术采用垂直角度摄影，一般只针对测量对象顶部进行测量，测量时受外界影响较大，具有一定的局限性，对一些地势起伏较为明显的地区或者地面物体侧面的纹理信息很难获取。近年来，国外技术团队针对传统无人机拍摄存在的问题开发了倾斜摄影测量这一新技术。倾斜摄影测量技术以多角度、高清晰拍摄的优势可以非常迅速全面地感知各种复杂场景，并且可以实现多台无人机协同并行工作，具有极强的灵活性，在建筑物较多的城市和地势起伏明显的地区，可以利用倾斜摄影测量技术进行空间地理信息获取。随着我国城市化进程的快速推进，高精度的城市空间信息数据在城市规划和建设中变得尤为重要。在高精度城市空间信息数据的获取中，倾斜摄影测量技术得到了广泛的应用并逐渐成为关键技术。

关键词：无人机；倾斜摄影；测量精度

引言

无人机（ｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ，ＵＡＶ）低空摄影测量具有现势性强、分辨率高、采集方式灵活、传感器多样化等优点，近年来在应急测绘、城市三维重建、滑坡地形重建、文物三维重建等领域得到了越来越广泛的应用。然而，由于低空ＵＡＶ一般搭载非量测相机，且受平台不稳定性及传感器多样化等诸多因素影响，获取的影像尺度不一致，且数据量庞大，为影像匹配带来极大挑战。此外，近年来新兴的仿地飞行、环绕飞行、贴近飞行等数据获取方式，更使传统的影像匹配方法难以满足需求。

1无人机倾斜摄影技术的主要内容

倾斜摄影技术是集成了数据采集、数据处理、生成结果等流程于一体的系统，利用无人机飞行平台，搭载传感器对采集点进行多角度垂直摄影，并利用GPS差分系统完成精准定位，通过后期技术手段进行多角度丞相处理，导出的数据集通过专业软件如ContexCapture、StreetFactory等软件，只需满足技术要求，便可以自动建模，极少需要人力干预。在信息采集过程中，需要根据测绘情况总结航拍需求，向有关主管部门申请报备。批准后对测绘区域的地理特征进行合理规划，完成测绘区域内倾斜摄影信息获取前期准备工作。为保证最终建模质量，需满足以下技术指标：（1）在无控制点或少量控制点情况下，确保POS初始定位精度满足高精度绝对定向，获取信息集达到建模工作要求；（2）满足区域制度与光线视角限制，配合地心坐标系系统实现大范围整体严密光束法平差要求；（3）测绘精度满足相关比例尺地形图的精度要求；（4）获取数据集重叠度应当满足航向重叠度75%、旁向重叠度75%以确保影像完整、清晰；（5）若存在漏拍、拍摄影片不符合要求需及时重新展开拍摄工作，并严格按照原设计航线进行。

2无人机倾斜摄影技术在地理信息获取中的应用

2.1基于POS辅助的影像不变特征宽基线影像匹配方法

在基于无人机倾斜摄影技术的高精度地理信息测量中，影像匹配一直是其研究的难点与重点。尤其是在宽基线情况下的立体影像处理问题，考虑到视角变化的因素夹杂其中，要远比短基线的情况下复杂得多。由于一般无人机在摄影过程中往往都会携带配套的POS数据，鉴于此，本文提出了两种基于以上问题的特征线匹配方法，并在解决其视点角度变化的问题上对其作出对比。1）仿射投影模型下的宽基线影像直线匹配方法根据其POS系统提供的定位姿态信息，求出仿射投影矩阵，进行仿射投影模型下的影像纠正，以减小影像间视角差异；对原始矩形影像纠正后的平行四边形进行直线匹配，得到匹配直线对；利用仿射投影矩阵对匹配直线对做逆变换，得出原始倾斜影像的匹配直线对。2）透视投影模型下的宽基线影像直线匹配方法根据无人机POS系统提供的高精度位置与定位姿态信息，恢复观测瞬间成像平面与物方平面的透视变换关系，并建立透视变换矩阵，将原始影像重新投影纠正至新的平面，得到正形影像，以消除视点角度变化较大导致的透视变形；将原始圆影像纠正后的椭圆影像直线匹配，然后将反投影得到的匹配线段逆变换至原始影像，最终达到更优化的效果。

2.2利用无人机遥感地理信息技术开展外业举证

按照三调工作要求，二调地类图斑和最新航摄遥感影像不太一致的图斑需要提取进行外业调查举证，以此来全面清查当前土地利用状况。在外业调查工作底图中标注需求举证的疑问图斑，该类图斑类型主要包括以下2种，即最新影像反映的地类和二调图斑地类不一致的图斑;最新影像和国家下发的不太一致图斑地类之间存在一定的异议，该疑问图斑也需要进行合理化的标注。从需要进行举证的疑问图斑来讲，传统工作需要相关人员进入实地拍照举证，并且举证照片中不仅要包含全局影像，还要涵盖近景影像和内部照片等，使外业调查的工作量相对较大。在外业核查和举证环节中应用无人机遥感地理信息技术，可以使现场实地拍照举证中成本较高、效率较低等问题都得到妥善解决，还使得相关成本得到明显降低，工作效果和效率都得到显著加强。利用无人机进行外业拍摄举证的工作流程具体如下。设置相关的航点，在地图中直接添加航点，也可以在疑问图斑的基础上，对相关的航点自动生成;合理规划航线，对航点进行有效关联，并合理化设置航点动作参数，如拍照的角度和方向等;自动定向并对多个举证图斑进行有效航摄;从底图中有效提取拍摄点的实际坐标，并对举证照片进行定位定向;逐一核实举证图斑，在需求的基础上有效补充建筑内景照片。简言之，通过无人机举证的方式，可以使外业举证工作量明显减少，使作业效率显著提高。同时，该方式能够进入到人工无法进入的区域，使外业核查的安全性得到大幅度提高。

2.3影片数据预处理

随着倾斜摄影技术的大范围应用，相应的处理软件也不断地更新发展，自动建模软件便是基于测量原理，对获取得到的数据集进行集合处理、多视匹配、TIN构建来进行模型的自动搭建，最终获得3D模型成品。由于无人机航拍得到的POS原始数据为txt格式保存，其中存放着POS记录序号、相片曝光点具体信息，如经纬度、高程信息以及曝光时无人机姿态，如俯仰角、横滚角等数据。待航拍作业完成后，无人机可以通过链路传回相应POS数据，在对数据进行核查后，作业人员可以现场决定是否进行相应补拍。无人机作业时，容易受到天气、云层等因素影响，原始影片可能存在光色不匀情况，作业人员在确认数据无误后，可以将原始影片进行匀光处理。随后工作人员只需对采集信息进行模型定向、影像匹配与空中三角测量结果解密，根据总体平面精度与高程精度情况，作为生产1:500或1:1000比例尺地图依据。

结语

综上所述，本文围绕倾斜摄影技术的优势，针对无人机倾斜影像的直线提取、线段匹配等问题进行探讨，并提出了相应的技术改善方法。通过以上问题的研究和新技术、新算法的应用，可以使无人机倾斜摄影技术在高精度地理信息获取中发挥最大优势，并提高无人机倾斜摄影测量的可靠程度，使该项技术在我国城市测绘和城市建设中真正得到推广和普及应用。

参考文献

[1]江明明.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].测绘与空间地理信息，2017，40（3）：189-190.

[2]刘辉，张富文，郑士举，等.无人机倾斜摄影测量技术在建筑测绘中的应用研究[J].建筑科技，2018，2（6）：64-67.