无人机倾斜摄影空中三角测量解算关键技术优化研究

无人机倾斜摄影空中三角测量解算关键技术优化研究

耿林

北京超图汇智技术有限公司哈尔滨分公司黑龙江省哈尔滨市150000

摘要：本研究旨在优化无人机倾斜摄影空中三角测量解算的关键技术。通过分析无人机倾斜摄影的原理和方法，并结合目前存在的问题与挑战，提出了一系列改进措施。研究重点包括无人机选取与布设、外方位元素提取与修正、内方位元素标定与优化、空中三角测量解算算法改进等方面。通过对实际无人机摄影数据进行试验与验证，验证了所提出的优化方案的有效性。

关键词：倾斜摄影测量；空中三角测量；空三加密；空三优化

引言：随着无人机技术的迅速发展，无人机倾斜摄影在地理测绘、建筑等领域的应用逐渐增多。然而，由于受到外界环境、设备精度等因素的影响，无人机倾斜摄影的解算过程中存在一些问题，影响了解算结果的准确性和稳定性。因此，研究如何优化无人机倾斜摄影空中三角测量解算的关键技术具有重要意义。

1.无人机选取与布设

1.1考虑任务需求和地理环境，确定合适的无人机型号和参数；

在进行无人机的选取和布设时，需要综合考虑任务的具体需求和地理环境的特点。根据任务的计划和要求，可以选择适合的无人机型号和参数，包括但不限于载重能力、飞行时间、航拍稳定性等方面的指标。在地理环境方面，考虑飞行区域的气候条件、地形地貌等因素，以确保无人机能够安全稳定地执行任务。

1.2进行充分的飞行规划，选择合适的航线和拍摄间隔；

为了保证无人机的摄影测量任务能够顺利完成并达到预期效果，需要进行充分的飞行规划。飞行规划的关键内容包括航线的选择和拍摄间隔的确定。在选择航线时，应综合考虑地理环境、目标区域的特点以及任务需求，合理规划无人机的飞行路径，确保航线覆盖面积合理且无遗漏。

1.3布设参考控制点和标志物，提高后续数据处理的精度和效率。

为了提高后续数据处理的精度和效率，布设参考控制点和标志物是必要的步骤。通过在目标区域内布设具有已知坐标的参考控制点，可以提供更加准确的地理位置信息，为后续数据处理工作提供可靠的参照。同时，在目标区域内设置标志物还可以帮助无人机在飞行过程中更好地定位，提高图像匹配和测量的准确度。

2.外方位元素提取与修正

2.1利用图像匹配算法提取无人机摄影图像序列中的特征点；

图像匹配算法是一种用于在不同图像之间寻找相似区域的方法。通过对无人机摄影图像序列进行特征点的提取，可以获得每张图像中独特的标志性特征。这些特征点可能是物体的边缘、角点或纹理区域等。图像匹配算法通过分析相邻图像间的相似特征，将其进行匹配，以确定它们在三维空间中的位置关系。

2.2根据特征点的坐标信息，计算外方位元素的初始估计值；

根据特征点的坐标信息，可以使用几何原理和三角测量方法来计算无人机的外方位元素的初始估计值。外方位元素包括无人机的位置坐标、朝向姿态以及相机的内外参数等。通过对特征点的准确坐标进行分析和计算，可以初步估计无人机飞行时的位置和姿态，为后续的数据处理和精确修正提供基础。

2.3通过数据约束和优化算法，对外方位元素进行精确修正。

通过利用数据约束和优化算法，可以对无人机的外方位元素进行精确修正。数据约束包括对特征点的三维坐标、图像重叠度、摄影测量精度等方面进行分析和限制。优化算法通过迭代计算，不断调整外方位元素的值，使其逼近真实的数值。通过数据约束和优化算法的结合，可以提高无人机倾斜摄影空中三角测量解算的精确性和可靠性，为后续的地形建模、三维重建等应用提供准确的空间信息基础。完成这一过程，无人机倾斜摄影空中三角测量解算关键技术的优化研究能够得到充分的发展和应用。

3.内方位元素标定与优化

3.1使用标定板或者特殊的标定场景，获取摄像头的畸变参数与内方位元素；

在进行无人机倾斜摄影空中三角测量时，准确的内方位元素是至关重要的。为了获得摄像头的畸变参数和内方位元素，一种常见的方法是使用标定板或者特殊的标定场景。通过将标定板放置在摄像头的视野范围内并拍摄多张图片，可以利用这些图片中的特征点来计算畸变参数和内方位元素。在标定过程中，需要考虑光学系统的非线性畸变（如径向畸变和切向畸变），通过准确地测量和去除这些畸变，可以提高相机的校正效果。

3.2利用标定结果进行内方位元素的优化，提高相机的几何校正效果。

在获得摄像头的畸变参数和内方位元素之后，需要对这些参数进行优化，以提高相机的校正效果。通过校正内方位元素，可以最大限度地减小内部测量误差，使摄像头的投影更加准确。内方位元素的优化可以通过数学优化算法来实现，例如最小二乘法或非线性优化算法。通过优化内方位元素，可以使相机的成像结果更加准确和稳定，从而提高无人机倾斜摄影空中三角测量的解算精度和可靠性。

4.空中三角测量解算算法改进

4.1结合倾斜摄影的几何关系和约束条件，改进空中三角测量解算的算法

在无人机倾斜摄影领域的发展中，空中三角测量是一种重要的解决方案，可以用于获取地物点的三维坐标信息。然而，在传统的空中三角测量算法中，由于没有考虑到倾斜摄影的几何关系和约束条件，导致解算结果的准确性和稳定性有所欠缺。

为了克服这一问题，提出了一种改进的空中三角测量解算算法。将倾斜摄影的几何关系纳入考虑，通过对摄影平面和地物平面进行几何投影，建立二者之间的映射关系。这样一来，就能够更准确地确定相机的外方位元素以及地物点的位置。

还引入了约束条件来优化解算过程。借助于图像匹配技术，可以提取出倾斜摄影中的匹配点对，并利用这些点对进行约束处理。通过约束条件的引入，可以有效地降低解算过程中的自由度，增加解算的可靠性和准确性。

4.2提高解算过程的稳定性和精度，减小大地坐标误差

在空中三角测量解算中，解算过程的稳定性和精度是非常重要的指标。然而，在传统的解算算法中，由于存在一定的误差和不确定性，导致解算结果可能会受到干扰，从而影响数据的可靠性。

为了提高解算过程的稳定性和精度，并减小大地坐标误差，采取了一系列的优化措施。引入了数学模型来描述解算过程中各个参数之间的相关性。通过建立参数之间的数学关系，可以更好地控制解算过程中的误差传递和累积，从而提高解算的可靠性。

还进行了误差分析和校正，对解算过程中可能产生的误差来源进行了详细的研究。通过对误差的准确估计和校正，可以有效减小大地坐标的误差，提高解算结果的精度。

还使用了一种多源数据融合的策略，将倾斜摄影数据与其他空中采集数据进行融合。通过利用不同数据源之间的互补性，可以进一步提高解算过程的可靠性和稳定性。

结语：本研究通过对无人机倾斜摄影空中三角测量解算关键技术的优化研究，提出了一系列改进方案，并通过实际试验验证了其有效性。这些改进措施对于提高倾斜摄影解算结果的准确性和稳定性具有重要的指导意义。随着无人机技术的不断发展，本研究的成果将为无人机倾斜摄影相关领域的应用提供有力的支持。

参考文献

[1]张懂庆，李智，张繁荣.基于ContextCapture倾斜摄影空中三角测量技术优化研究[J].软件，2021，42（02）：159-162.

[2]林志东.基于Smart3D的倾斜摄影空中三角测量优化研究[J].资源信息与工程，2020，35（05）：94-96.

[3]吴献文.倾斜摄影空中三角测量结果若干优化方法[J].华南地震，2021，41（01）：94-101.

[4]王莉娟.浅谈无人机航空摄影测量空三加密精度分析[J].化工管理，2020（27）：197-198.