基于无人机倾斜摄像技术的土地测量分析

基于无人机倾斜摄像技术的土地测量分析

卢欣

黑龙江省第五地质勘查院 黑龙江哈尔滨 150090

摘要：信息技术与无人机技术飞速发展下，无人机倾斜摄像技术也逐渐走入了大众的视野，得到了测量研究者的肯定、重视。无人机倾斜摄像技术相比于其他摄像技术具有着耗费时间短、人力资源成本低以及可重复性强等应用优势。基于无人机倾斜摄像技术的应用优势，广大测量研究者一直希望将其应用到土地测量中。无人机倾斜摄像技术在土地测量中的应用无疑能够推动土地测量工作的变革。基于此，本文分析了无人机倾斜摄像技术下的土地测量。

关键词：无人机；倾斜摄像技术；土地测量

引言：传统的土地测量工作以人工采集数据为主。测量研究人员借助全站仪等测绘仪器完成测量，再开展数据收集工作与现场物体概况记录工作。以上工作完成后，还要进行内页处理，最终形成电子版的土地信息。总体而言，传统土地测量工作需要耗费大量的人力资源与物力资源，测量效率也极为有限。但无人机倾斜摄像技术却有较高的自动化程度，进而有效缩减了土地测量的人力物力支出，提高了土地测量效率。基于此，有必要对其进行深入分析。

一、无人机倾斜摄像技术介绍

无人机倾斜摄像技术是一门以航测系统为支撑获取地理位置信息与姿态信息的摄像技术[1]。航测系统具有较多的拍摄类型，同时配有多种角度的传感器。角度的多样性使得航测系统可以获得更为全面的地表物体位置信息以及姿态信息。因此，以航测系统为支撑的无人机倾斜摄像技术在测量领域有着较为突出的应用优势。无人机倾斜摄像技术的具体应用原理为：将拍摄所需的摄像机固定在无人机上，进而借助无人机的飞行功能与摄像机的摄像功能来完成摄像工作。为确保最终的拍摄精度与拍摄范围，通常会将多个摄像机固定在一台无人机上。固定摄像机时，摄像机的光轴和铅垂会出现一定的夹角，进而有所倾斜。这也是无人机倾斜摄像技术的由来。无人机倾斜摄像技术常见的设备搭配为5个摄像机。这5个摄像机的固定位置分别为下视、前视、后视、左视以及右视。其中，安设在下视位置的摄像机是铅垂视角，剩下4个视角和下视位置间的夹角移动范围为15°到45°。无人机上搭载的一般为后期加工运动摄像机。这种摄像机的拍摄精度完全符合土地测量的测量需求。综合以上，无人机倾斜摄像技术在土地测量工作中具有较为突出的应用优势。

二、无人机倾斜摄像技术的土地测量流程

（一）无人机倾斜摄像技术的准备工作

以无人机倾斜摄像技术为技术基础进行土地测量工作时，要做好以下几个准备工作：第一，做好航测设备的进场准备工作。当前发展情况下，飞行器飞行具有一定的限制[2]。因此，在应用无人机倾斜摄像技术时，相关人员要先对测量区域进行勘探，并根据勘探结果制定初步的航测方案。航测方案制定好后，还要将航测方案上交给航测飞行区域的有关部门，得到批准后才能进行后续的航测工作。

第二，做好航测前的准备工作。航测前的准备工作具体可分为三点，分别是航线设计、安全保护措施以及检查工作。其中航线设计指的是设计好无人机的飞行路线，以对摄像结果有一个大致的判断。航线设计实际上就是给本次的测量工作划定一定的范围，以确保测量工作的有序进行。安全保护措施就是采取恰当的举措，以确保测量所用的相关设施、设备、测量人员的安全，以免在测量过程中出现安全事故，影响测量工作的进度与最终结果。检查工作指的是在飞行器起飞前检查飞行器的状态。若发现飞行器存在一定的故障，则要对其进行检修，确认无误后才能继续后续的测量工作。检查工作是无人机倾斜摄像技术的保障性工作，能够确保无人机倾斜摄像技术的应用效果。

第三，航测的执行与数据的收集。航测准备工作确认无误后就可开始航测。航测结束以后，相关测量人员要保存好数据。为确保测量数据的安全性，相关测量人员应做好数据备份工作。航测结束后，相关测量人员要再次确认相关设备设施的状态。若发现相关设备设施有损坏，要及时进行维修，以确保后续测量工作的顺利进行。总体而言，无人机倾斜摄像技术相比于传统的土地测量方法具有更高的自动化程度，有效减少了人工投入。但无人机倾斜摄像技术也具有一定的技术要求，需要相关测量人员谨慎操作，严格做好准备工作。

（二）无人机倾斜摄像技术的土地测量数据采集

土地测量是运用测量学和遥感技术来测量、绘制各类土地的地形分布、地形数量等土地特征的土地管理工作[3]。土地测量涉及多方面内容，主要的有地籍测量、地形测量、土地利用现状测量、土地平整度测量以及荒山荒地等后备土地资源调查等。土地测量的整体工作特点为碎部点数量多、精度要求高。在此背景下，数据采集工作就显得尤为重要。数据采集是土地测量工作的基础性工作，是确保绘制精度的前提条件。无人机倾斜摄像技术的土地测量数据采集过程如下：

开展土地测量时，无人机的铅锤以及前后左右会安设5个影像采集相机。同时，无人机的最高飞行高度可达到280米左右。但该最高飞行高度是从无人机的起飞点开始计算的。为确保数据的准确性，摄像机的分辨率与曝光间距也应有所要求，摄像机的最大分辨率应为0.02米，最小曝光间距应为5秒。与此同时，摄像机的总像素也高于18千万像素，5个相机镜头也都为28毫米的等效焦距，其中4个非铅锤视角与铅锤视角之间的夹角都能够达到15°到45°。也就是说，无人机上的五个相机镜头能够实现15°到45°之间的自由调整，大大提高了数据采集范围。为使数据更加全面、更加精准，数据采集工作可分批次进行。不同批次之间，数据采集角度可做出适当的调整。如第一批次的数据采集角度为相机镜头夹角40°，纵向重叠度为80%，横向重叠度为60%，航飞高度控制在200米。第二批次的数据采集角度为相机镜头夹角35°，纵向重叠度为60%，横向重叠度为40%，航飞高度控制在150米。第三批次的数据采集角度为相机镜头夹角30°，纵向重叠度40%，横向重叠度20%，航飞高度控制在100米。总体而言，数据采集过程中夹角、纵向重叠度、横向重叠度以及航飞高度可根据具体的测量需求与数据采集需求进行调整。

（三）无人机倾斜摄像技术的土地测量数据处理

无人机倾斜摄像技术的土地测量数据处理要以测量现场的具体情况为基本点[4]。具体处理方法如下：第一，相关测量人员要先确定测量区域内的最高海拔高度、最低海拔高度、平均海拔高度以及航线起测点。以上数据信息的获得能够有效确保航拍数据的处理效果。除了以上数据信息以外，相关测量人员还要将POS信息以及相机参数等信息导入进去。

第二，相关测量人员要对航拍数据进行检查与补测。无人机上的五个摄像机会形成五个数据文件夹。航拍结束后，相关测量人员要先对这五个数据文件夹进行检查，其中摄影区域的重叠度是首要检查点。若相关测量人员在检查过程中发现拍摄数据不符合预设需求，要及时安排补测工作。在检查拍摄数据时，相关测量人员还可以将正射视角摄像机的时间参数作为参照条件，校准剩下4个摄像机的采集数据。校准完毕后，相关测量人员还要将五个摄像机的采集数据连接到一起，统一处理。针对那些校准后时间参数不一致的采集数据，相关测量人员要予以删除处理，以确保最终获得的坐标点、经纬度、POS参数等数据可以一一对应。

第三，应用土地信息数据处理软件做进一步的数据处理。当前发展情况下，使用频率最高的土地信息数据处理软件为Smart3Dcapture。相比于其他的土地信息数据处理软件，Smart3Dcapture软件具有较为突出的处理优势。Smart3Dcapture软件既可以用于静态影像数据处理，也可以用于摄像机视频帧处理。具体应用方法为在该软件的Context Capture Master模块内新建工程，进而借助空中三角测量获得土地信息的点云。相关测量人员可以土地信息的高密度点云为基础，辅以时间等参数计算不同文件夹下的影像数据，并将其关联到一起。计算到最后，相关测量人员会获得影像图生成数字化地表模型、正射影像图与全景三维模型。数据处理是土地测量中较为重要的工作部分，关系着最终的土地测量结果。据此，相关测量人员应充分发挥无人机倾斜摄像技术的应用优势，确保数据处理的有效性与精确性，助力土地测量工作的圆满完成。

（四）无人机倾斜摄像技术的地籍矢量化与精度评定

在完成航测与数据处理以后，相关测量人员会得到一个全景真实地表模型。模型的观测角度不同，相关测量人员所得到的测量区域地表信息的细部特点也会有所不同[5]。如将模型正射在三维平台上，或是制作出地表模型的40°俯视效果图，亦或是对地表模型做局部放大处理。总体而言，相关测量人员可观察地表模型不同视角下的图像，以获得更为全面的测量区域细部特点。

Smart3Dcapture软件会以现场航测信息为基础进行建模，并且建模过程中会通过航测控制点与RTK真实坐标进行核对。因此，Smart3Dcapture软件计算出的三维虚拟模型与真实地表信息之间不会出现太大的误差，可确保虚拟模型和实际地表信息的一致性。以三维模型为基础可以绘制出地表信息的二维矢量地籍图。基于三维虚拟模型和实际地表信息之间的微小误差处于地籍图测量的误差允许范围之内，相关测量人员在得出三维全景模型以后，就可综合现有数据确定测量区域内地籍图测量所需信息。总体而言，误差范围的合理性使得虚拟模型和实际地表信息间具有了一致性。在此条件下，地籍图测量就能够借助于三维模型。

三、无人机倾斜摄像技术在土地测量中的优势与可供改进之处

（一）无人机倾斜摄像技术在土地测量中的优势

传统的土地测量方法虽然也可以获取一定的三维数据，但往往只能获得空间坐标与顶面等基础信息，而不能够获取完整的侧面纹理信息，进而使得三维模型构建较为复杂。除此以外，地面三维的有效信息也未能实现有效融合。因此，传统的土地测量方法已经落后于当前的发展需求，难以适应智慧化发展。无人机倾斜摄像技术则在三维模型构建中有着较为明显的优势。无人机倾斜摄像技术既可以获取更加全面的地面位置信息与姿态信息，也能够为土地测量工作提供更高的精准度。更重要的是，无人机倾斜摄像技术为可视化的三维模型构建提供了基本条件，进而使得虚拟模型成为了现实。除此以外，无人机倾斜摄像技术还具有更多的可量化的应用优势，以下进行详细论述：

第一，无人机倾斜摄像技术的响应速率高。相较于传统的土地测量仪器，无人机的体积更小巧，也更轻便。因此，无人机的运输也更加方便，可以以更快的速度到达待测区域。无人机也并未有严格的起降场地要求，无需为其设置专业跑道。第二，无人机具有更高的分辨率。无人机可以数字成像传感器为依托。因此，运用无人机进行土地测量工作能够有效规避云层遮挡。除此以外，无人机还具有面积覆盖、垂直成像与倾斜成像等拍摄功能，拥有厘米级分辨率，支持高精度、高分辨率的土地测量工作。第三，无人机的应用成本比较低。无人机体积小、场地要求低。相应的，其维护成本与使用成本也会比较低。第四，无人机具有较高的适用性。运用地面站系统进行无人机航线规划，相关测量人员就可以操作无人机进入人力难以进入的恶劣环境中，进而既保证了影像数据传输的稳定性、准确性，也确保了相关测量人员的安全。

（二）无人机倾斜摄像技术在土地测量中的可供改进之处

    虽然相比于传统土地测量方法，无人机倾斜摄像技术有着不容忽视的应用优势，但无人机倾斜摄像技术本身也存在着可供改进之处。具体体现在以下两个方面：第一，无人机较易受到航飞空域的影响。航飞空域是影响无人机航拍效果的主要因素之一。无人机若想出现在空域上方，就必须严格遵守相关的工作流程，必须获得相关许可。因此，无人机倾斜摄像技术常会面临审核周期长等问题，不利于无人机倾斜摄像技术的实际应用。总体而言，航飞空域的审核性在很大程度上削弱了无人机的应用优势。第二，无人机较易受到天气的影响。恶劣环境与极端天气都会对无人机的航拍效果产生较为严重的负面影响，尤其是对能见度与飞行安全性而言。恶劣环境与极端天气下，无人机的能见度与飞行安全性都会大大降低，进而降低无人机航拍数据的准确性，不利于土地测量工作的开展。

结论：综上所述，无人机倾斜摄像技术能够推动土地测量工作的变革，提高土地测量工作的质量与效率。基于此，本文从无人机倾斜摄像技术介绍、无人机倾斜摄像技术的土地测量流程、无人机倾斜摄像技术在土地测量中的优势与可供改进之处这三个角度出发，分析了基于无人机倾斜摄像技术的土地测量，以期进一步扩大无人机倾斜摄像技术的应用范围，助力土地测量工作。

参考文献：

[1]赵彬. 无人机倾斜测量技术在不动产测绘中的应用[J]. 自动化技术与应用,2022,41(10):28-31+59.

[2]吕锋锋. 基于无人机倾斜摄影的农村不动产精准测量研究[J]. 测绘与空间地理信息,2022,45(06):188-191.

[3]谭天彬. 无人机测绘技术在土地执法测量中的应用分析[J]. 科技创新与应用,2022,12(07):173-175.

[4]曹玉琴. 基于无人机倾斜摄像技术的土地测量研究[J]. 微型电脑应用,2020,36(10):104-106.

[5]赖文辉. 倾斜摄影测量在农村地籍测量中的运用[J]. 住宅与房地产,2019,(33):150.