中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队 河北省 071000
摘要：随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的发展。21世纪的现代社会，无论人们的日常生活，还是各行各业的发展，都受到了科技发展的深刻影响，产生了重大而深远的变化，其中，倾斜摄影测量就是随着科技发展而产生的一项重要科技。它是通过同一飞行平台搭载多台传感器同步采集影像，获取真实的地物信息而被广泛应用在经济建设的多个领域中，充分发挥了它的优势。随着倾斜摄影测量的发展，在航摄效率、清晰度、分辨率等方面有了更高的要求，促进了倾斜摄影测量的革新并向无人机倾斜摄影测量转变。无人机倾斜摄影测量的出现，极大地扩展了摄影测量的应用。
关键词：无人机倾斜摄影技术；测绘工程；应用
引言
伴随我国经济水平的显著提升，科学技术发展神速，城市化进程加快，无论在规模和城市数量方面都在以惊人的速度增长，在城市规模迅速扩张的同时城市建设水准也有了更高的标准要求，其中三维城市因具有众多的优势而逐渐得到大范围推广，三维城市建设在取得较大成就的同时也存在着一系列的问题，本文结合实践经验，简要分析了城市三维建模中无人机的具体应用，包括无人机倾斜摄影测量技术的特点和影像处理、以及数字影像匹配等内容，以供参考和借鉴。
1无人机倾斜摄影的应用范围
目前，无人机倾斜摄影测量技术在民用领域中的应用主要有地形图测绘、地质勘测、灾害监测、气象探测、空中交通管制、边境控制、通信中继和农药喷洒的研究等[2]。国内外无人机技术正在不断发展与完善中。在对国土测绘以及海洋、高压线路、灾情以及气象等方面进行监视，对无人机技术要求是不一样的。比如，无人机倾斜摄影在海洋区域飞行的抗风能力就要远远高于高山的地区，在气象监视方面，就要求无人倾斜摄影机进到台风眼中并且还能自己飞回来，对于灾情进行监视，要求回传的遥感信息图像要能够看清地面的所有物体；在监视高压线路时，就要求必须能够看清高压线路。现在通过无人机倾斜摄影技术获取资料，具有成本低、数据精确、操作灵活的特点，无人机倾斜摄像，主要应用在城市规划、建设、管理及三维城市建模等方面。在未来，无人机倾斜摄影三维数据还可为我们的智慧城市、城市规划、国土测绘、灾情灾害应急、农林业、水利、旅游及电力等多种行业提供主要的数据来源。
2无人机摄影技术的概述
无人机摄像技术是在无人机上搭载多个影像采集传感器，并且同时从垂直和4个倾斜的方向采集出5个不同角度的影像，拍摄出一个真实直观的世界。伴随着无人机技术的高速发展，相关行业对无人机所具备的垂直摄影技能和倾斜摄影技能进行广泛使用。通过对无人机的这2种技术进行对比发现，无人机倾斜技术可以在各种角度获取高分辨率的影像信息，还能自动生成数字三维模型，并非常广泛地应用到城市管理、应急救灾抢险和建设数字城市过程中。对比传统垂直摄影技术，再也不用配戴立体观测眼镜开展测图工作。
3基于无人机倾斜摄影技术测绘地形图的方法及其精度
本文以固定翼无人机为基础，选取了新疆兵团某团场面积约6.8平方公里为试验区域。航摄飞机平台选用IFAUAV-3高效高精度测绘无人机、集成了5台4240万像素的索尼α7RII数码照相机、使用可对垂直和倾斜影像进行快速直接地理定位苍穹P8差分系统进行航摄，航摄影像分辨率优于5cm为基础数据。通过构建全要素实景三维环境下的大比例尺测绘方案，用Smart3DCapture软件构建实景三维模型，通过EPS清华山维软件平台实现三维数字化成图。最终用全野外散点检测地形图的平面和高程是否满足比例尺为1：1000的地形图精度要求。
3.1 空中三角测量
倾斜摄影测量空三加密：倾斜摄影采用多视影像联合平差充分考虑影像间的几何变形和遮挡关系，采用软件Smart3DCapture，结合POS系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到较好的同名点匹配结果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时建立连接点和连接线、控制点坐标、GPU/IMU辅助数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合解算，确保平差结果的精度。Smart3DCapture软件的空三报告中，重投影中误差控制在0.5个像素左右，最大不超过0.55个像素，若超过0.55个像素建议航摄组重飞。
3.2 测绘大比例尺地形图
将构建好的实景三维模型导入EPS清华山维软件，利用三维模型进行全要素采集。通过构建一体的多视角三维测图环境，形成严格成像关系下的精密重建，弥补了下视影像的视角、分辨率、遮挡等局限。实现了在真三维环境中高精度的地形采集、屋檐改正、部件测量、地貌采集等，大幅降低外业调绘的工作强度，保证地形图绘制质量，提高了生产效率。利用EPS清华山维软件平台数字化成图无需佩戴立体眼镜，可以降低对航测人员的要求，其数据库的图形管理模式，可媲美CAD的图形编辑功能。
3.3 精度检测
试验区域地形为平地，1：1000地形图成图基本等高距为1米，高程注记精确到0.1米。参照CH/T9006.1—2010《基础地理信息数字成果1∶5001∶10001：2000数字线划图》的规定，比例尺为1：1000地形图的精度应满足以下要求：平面中误差≤0.3m，高程中误差≤0.4m。按照全野外散点采集每平方公里30个，在试验区域内均匀分布共计290个散点，点位大多选取无投影差的地方，如斑马线、房角、路沿石、涵洞口等。最终用全野外散点检测试验区域平面中误差为0.23m，高程中误差为0.18m，完全可以满足比例尺为1：1000的地形图精度要求。
3.4摄影测量技术
时代进步必定会带动技术的变革，而工程测量技术逐步向数字化发展也成为了发展目标。摄影测量技术也在朝着数字化方向不断前进，并且在这个过程中，技术不断趋于成熟化。技术成熟化进展也给工程测绘带来了福音，比如精确测量地点的获取。这种摄影测量技术的优点非常多，在此列举以下几点。第一：如前文所提及的精确地形点的获取。摄影测量技术的使用可以精确获取地形点，也会获取相关的三维空间信息，能够帮助测绘人员得到科学合理的测量数据。第二：在传统模式下的测绘工作中，摄影测量技术就是不通过直接接触测量物体而获得相关信息数据，因此，这种技术在野外作业时发挥了极大的作用，因而被广泛推广。
3.5影像匹配技术要点
影像匹配是指通过一定的匹配算法在两幅或多幅影像之间识别同名点的过程。它是图像融合、目标识别、目标变化检测、计算机视觉等问题中的一个重要前期步骤，在遥感、数字摄影测量、计算机视觉、地图学及军事应用等多个领域都有着广泛的应用。基于无人机摄影测量中的图像匹配研究，探索采用各种算法进行特征点检测与匹配，然后进行自动空三解算，最后生成DEM和DOM。由于匹配点的分辨率决定了DEM和DOM的精度，因此根据此类影像的特点探索适合的特征匹配算法，对于提高正射影像及其它产品的精度十分必要。根据提取特征的层次，可将影像匹配方法分为三类：基于灰度的图像匹配算法，基于特征的图像匹配算法，基于理解和解译的图像匹配算法。比较典型的计算方法有协方差法、相关系数法、平均绝对差法、零平均标准相关系数法、平均平方差算法等。
结语
无人机倾斜摄影测绘技术作为一种新型的遥感数据获取的重要手段之一，有着传统摄影技术无法比拟的优势。随着无人机技术的逐步发展，无人机倾斜摄影技术的普遍运用，把原本大量的外业工作转变成内业工作，极大地解放了测绘人的劳动时间和劳动强度，降低了测量技术成本。因此，无人机倾斜摄影技术的运用前景非常大。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2011.
[2]孔祥元，郭际明.控制测量学（下册）[M].武汉：武汉大学出版社，2011.
[3]CH/T9006.1—2010.基础地理信息数字成果1∶5001∶10001：2000数字线划图[S].
论文作者:窦浩雪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/16
标签：无人机论文; 测量论文; 技术论文; 影像论文; 地形图论文; 精度论文; 比例尺论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;