无人机倾斜摄影技术在全息测绘领域的应用

无人机倾斜摄影技术在全息测绘领域的应用

朱春旭

上海盛图遥感工程技术有限公司 上海嘉定 201803

摘要：为适应智能城市建设的新需求、实现城市数字化改造、增强服务自然资源管理与城市治理系统设计的服务功能，全息测绘技术已得到了普遍采用，其中无人机的倾斜摄影技术是其重要一环，有效处理了往常测绘工作工程量大、效率值低的情况。文章阐述了无人机倾斜摄影技术的基本原理和行业优势，并详尽介绍了其技术流程和应用效果。

关键字：倾斜摄影；全息测绘；无人机

引言

全息测绘技术是指运用空天地多维度的信息多元化平台，通过搭载激光雷达和影像感应器等传感器元件，自动大面积感应出地形、地物的准确地理位置、形状、长度等信号的全新测量手段，而无人机倾斜拍摄技术就是其极度代表性的一种技术手段。通过在飞行平台上搭载多个感应器，从多视角对地物进行影像收集，进而获取较为丰富而全面的纹理信息，使用Dp Modeler和3ds Max等应用软件生成三维模型，利用模型结合其他数据制作全息地形成果。在倾斜模型的基础上,还可实现单体化的建（构）物建筑模型和街坊场景模拟。

1无人机倾斜摄影技术

1.1技术原理

倾斜摄影技术主要区别于传统摄影技术只挂载一个垂直相机镜头从垂直方向拍摄图像，而是通过五镜头相机同样从垂直、倾斜等多方向收集图像。垂直于地面的视角摄影获取正片影像，通过摄影机与地面形成一定的视角拍照获取四组斜片影像，通过从多角度收集的影像信息结合控制点或地面影像的POS信息，可获取所拍摄区域内每个地物的三维位置，通过影像数据还可对每个地物的位置、范围、纹理等属性进行识别并完成测量，从而生成最终的测量结果。

1.2技术优点

无人机飞行器是利用无人机飞行遥控装置和自备的程序控制设备运行的不载人飞行器，具备体量小、费用低、运行便捷、数字化和智能化程度高等特点。

该技术具备了可适应范围广、采集效率高、准确度高的优势，并结合了GNSS技术为城市的数字化转型和数字底座建设提供了保证，在提高用户体验感的同时也降低了三维建模数据人工采集的成本。

2无人机倾斜摄影技术流程

该技术包括了无人机航测，像控点测设，空三加密和倾斜模型制作等。

2.1无人机航测

2.1.1 航摄要求

1)航飞前根据现有的最新影像设计航飞线路，线路沿着任务区域的建筑分布位置、方向以及地势进行铺设，避开垂直影像主点落水；

2)根据环境设定航高和区域基准面高程，并实施航摄分区，对航行路径的航向与旁向覆盖超出分区域、摄区边界基线以及航线数量等应满足相关技术要求；

3)杜绝不利气候因素对摄影效果的影响，且航摄时的太阳高度角宜超过40°，地面阴影面积应小于1.2倍，航飞时间应选择在10时至15时的区间之内；

4)垂直影像地面分辨率应高于3cm，航向重叠度不小于百分之八十，旁向重叠度不小于百分之七十；

5)垂直影像倾斜度不宜超过3°，最大不应超过6°，旋角不得超过25°，航线弯曲度不得大于百分之三，且设计航高差与实航高差不得大于50米；

6)图像应清晰，层次感丰富，反差适度，有助于形成清晰的三维实景模型，且图像上不应存在云、烟雾、大面积反射和污点等瑕疵，像点位移不能超过一个像素，拼接影像时没有明显的错位。

2.1.2 数据采集

无人机起飞之前需对飞行器、相机、地面站等进行全方位检查，确定无误方可升空。收集影像资料的同时，地面站需对飞行器进行即时监控，随时注意飞行器的姿态、高度和速度等情况和气候变化，发现异常需即时做出判断并处理。

2.1.3 数据整理与检查

现场对航拍数据进行收集整理，确认照片信息、数量等和无人机飞行轨迹是否相符，有无漏拍情况；检验照片品质，核验是否出现模糊不清等现象，并对航片进行编号；

现场将对航飞成果质量进行全方位检测，如出现质量问题将及时安排补摄。

2.2 像控点测设

2.2.1 布设原则

1）采集像控点运用GNSS-RTK方法。

2）像控点应均匀布置于整个测区内，相邻的控制点宜形成或接近于等边三角形，并适当超出边缘，相邻控制点之间的平均距离约为250米至300米，对较为密集的建筑区域，应适当进行加密；

3）像控点应选取目标图像清晰，没有遮蔽，容易辨认的地面特征位置，没有明显地物特征的，应在地面上布置地标点；

4）对每个像控点都要做好记录，近景照片要求拍摄清楚相控点位以及对中位置，远景照片应保证点位和其他参照物之间的相对关系清晰。

2.3 空三加密

1）采用手动添加连接点和自动匹配连接点两种方法对所有相片进行连接，连接点应均匀分布；上下视差的中误差不应超过1/3像素，最大残差也不应超过2/3像素；

2）根据外业照片对数据进行像控点刺点，刺点误差要求不大于0.5个像素，在每个视角中分别选取至少三个清晰并且刺点点位靠近像主点的影像进行刺点；

3）在刺点结束后，再度进行平差计算。要求达到控制点平面、高程残差检测均不超过0.5个像素的绝对定向精度；检查点的平面、高程残差检测均不超过2个像素；不同

区块的公共点较差不得超过检查点平面和高程残差的检测标准。

2.4 倾斜模型制作

1）倾斜模型的数据格式为OSGB，坐标系采用了上海2000坐标系和吴淞高程系，平面、高程精度要优于9cm，真正射影像分辨率为5cm；

2）倾斜模型不应出现漏洞或扭曲等情况，河流水面应进行置平处理，清除悬浮物等。

图2.4 倾斜模型示意图

3无人机倾斜摄影的技术应用

3.1测绘制图

基于三维倾斜模型的测量工作，可以更直观的观察到现场地物的各种信息属性，避免了人工测量的各种问题并增加了测绘内容的丰富性。收集信息涵盖了住宅区和垣栅、工矿建（构）筑物及其设施、交通及其附属设施、水系及其附属设施、管道及其附属设施以及地貌等，对能够准确判断的要点全部采集，并标注影像清晰性无法达到收集条件的区域以便于实地核查补测，制作符合规范条件的地形图。

3.2单体化

在全息测绘中往往伴随着单体化工作的同步开展，利用立体倾斜模型可以大范围的进行单体化工作。单体化的三维成果具有添加和查询属性、面积量算、路径分析、空间和缓冲区分析等功能，在城市数字化过程中发挥了重要作用。

4 展望及结束语

在全息测绘这一崭新应用领域中，无人机倾斜摄影技术能够全面提升测量效率，进一步提高测量的精度与有效性。伴随摄影和无人机技术的发展，无人机倾斜摄影技术的各项功能也会越来越完善，从而更加适应于不同比例尺地形图测量的需要和越来越复杂的测量环境，并逐渐成为主流。

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