2.广西壮族自治区地图院 广西南宁 530023
摘要：目前，由于航空倾斜摄影的使用成本过高，所以还没有得到大力推广和使用。基于这样的情况，笔者阐述了无人机航空倾斜摄影数据采集的方法和技术，从而力求降低成本，对该技术进行大力推广，希望为广大的相关工作者提供一些参考依据。
关键词：无人机；倾斜摄影；数据；采集；方法
一、我国倾斜摄影数据采集的现状
（一）关于倾斜摄影数据采集
早在上个80年代，国外便出现了倾斜航空摄影技术，但该项技术在我国出现的时间却非常短。一般情况下，该技术指的是在一个飞行平台中搭载几台传感器，而且站在垂直和倾斜的角度来获得需要的影像。最后再借助先进的软件来完成三维实景模型的建立和制作。
（二）我国常用的相关设备
根据载体，可将我国常使用的倾斜相机分为两类。一类是有人机，另一类则是无人机。这里主要阐述的是无人机。目前，无人机最常见的代表有北京红鹏企业生产的无人机倾斜相机，另外还有北京数维翔图企业生产的DM5-2010系列。
（三）存在的问题
如今，我国经常采用的无人机相机成本非常高，普遍价格在十万以上。再搭配一套无人机飞行平台，整个系统的成本高达上百万。也因此，小范围的倾斜数据采集具有很低的性价比。所以，这样的技术目前没有得到广泛应用。
二、研究的具体方法
（一）消费级无人机的产生
无人机行业的发展越来越快，市场上产生了众多优质的无人机，比如大疆“精灵”系列。其操作起来简单方便，仅需耗费一星期时间学习，便能开始飞行。目前，民用的无人机普遍被用在不同的领域中，比如航拍、测绘勘探、农林作业、电力巡线、军事侦查、应急救灾等。
（二）拍摄的要求不高
整个相机系统的组成部分是五台相机，其中四台相机倾斜拍摄，一台相机垂直下视，根据航线来进行间隔曝光。然而对数据进行研究分析后发现，采集数据的重点在于得到目标全方位的影像资料。也因此可借助一台相机，采取不同的角度和顺序来曝光，从而替代五视倾斜摄影相机航线间隔曝光。
（三）实现智能控制
无人机的智能控制包括了两个方面，一个是飞行控制，另一个是相机控制。但很多生产厂家都使用了APM或者是开源飞行系统。从而为使用者提供开发软件的平台，比如大疆SDK。也因此，借助程序便能促使相机系统、无人机飞行平台实现智能控制。
（四）一种科学的思路
综上所述，促使无人机飞行系统和相机系统进行结合，并且对航摄路径进行一定的设计。能控制曝光的角度和间隔，最终实现倾斜摄影数据的采集，为工作带来更多的方便。
三、无人机倾斜摄影数据采集方法实验
（一）硬件系统
这里选择DJI“Phantom 4”作为硬件系统。这种无人机继承了DJI的优势，比如灵活性强、稳定、高效等。同时也拥有双IMU以及双磁罗盘的性能，促使飞行操作更加简单方便，续航时间超过了30min。此外，这种无人机及搭载精灵系列的成像软件，拥有1200万的成效像素，以及94°视角、f\2.8光圈的超低畸变的镜头。所以成像非常清楚，比起之前的设备，畸变减少了35%左右，色彩减少了50%左右，同时暗角也很少。
（二）软件系统
整个软件系统包括了曝光部分、航线部分、飞行监控部分等。在进行了实验之后，选择了10S系统中的“FPV Camera for DJ1”软件。这种软件需借助DJ1 SDK来进行开发，同时还具有目标航线设计、任务规划等不同功能，从而对飞行的航线和高度进行控制，并且规定目标点和拍摄的方向角度，针对飞行的方向、拍摄等进行全过程监控。
（三）航线和拍照的方式
一般情况下，可使用五视倾斜相机飞行平台，以及“Z”字航线，进行间隔曝光。但在此次实验中，为了提高采集和拍摄的效率，使用了矩形环绕中心拍照的曝光形式，流程如下所示：
第一，如果地面的分辨率大于0.05米，选择的相机视觉是94°。那么设计镜头和目标的投影距离d是70米，则可以将飞行的高度控制在70米左右。
第二，在航摄范围内设定个航拍目标，并对这些目标进行编号（1到10号）。要想促使航摄俯角α的范围在34°到41°之间，那么就要将目标的高度设定为﹣20米。这时，α等于Arctan [d\（h＋20）]等于37.9°。
第三，按照航摄目标以及投影距离，可将拍摄范围分为十个区域。所有的区域都由矩形所包围，然后进行拍摄。为了促使航摄路径得到更好的使用，必须对无用的路径进行消除。在本次实验中，使用矩形航线。在图1中，T点代表目标，H点代表航点，→代表航行方向。在图2中，H点代表航点，T点代表目标。同时在范围相接的部位新添了重叠，具体如下：
图1：矩形航线设计情况
图2：方波航线设计情况
（四）实验的结果
在设计了航线之后，便可以完成航摄任务。这次航摄总航程为4100米，耗费的时间超过16分钟，总共得到倾斜航片426张。地面分辨率为0.049米左右，借助Context Capture三维建模软件来获得参数，和连接点进行匹配之后，制作出了9.4万平方米的三维模型开发。
对模型进行观察后发现，利用这种方法所获得的三维实景模型，不但能凸显细节，而且纹理也非常清晰，能展示出关键位置。除了一些航摄盲点区域产生了变形的问题，其他方面均非常理想，所以这种方法值得大力推广和使用。笔者提出的这种方法，不但成本低，而且对技术的要求也不高，能快速的采集倾斜摄影数据。但该方法也有缺陷，比如仅仅只适用于1到3个平方千米的数据采集。在实施大规模倾斜摄影数据采集的过程中，效率不高，而且费用不菲。所以，这种方法仅仅适合被用在小规模的三维实景模型开发中，比如农村地形规划、测绘工作以及房屋权籍调查、建模、工程施工等。
四、总结与体会
在测绘领域，倾斜摄影测量属于最新的一种技术。在过去，航测遥感影像仅仅只能位于垂直的方向进行拍摄。但倾斜摄影测量技术则改变了这样的现象，其借助不同的传感器，从不同的方向来进行拍摄，最终完成数据采集工作。这样一来，便能体现出真实状况，获得更多的三维信息。目前，无人机倾斜摄影技术主要被应用在农业、建筑、测绘等不同的领域，其发展潜力非常大。
参考文献：
[1]文雄飞,张穗,张煜,李喆.无人机倾斜摄影辅助遥感技术在水土保持动态监测中的应用潜力分析[J].长江科学院院报,2016,33(11):93-98.
[2]曲林,冯洋,支玲美,高文慧.基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模研究[J].测绘与空间地理信息,2015,38(03):38-39+43.
[3]管建军,王俊豪,王双亭,赵慧,金华丽,石朴杰.无人机倾斜摄影在黄土地区泥石流灾害调查与评价中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2017,28(04):137-145.
[4]印森林,陈恭洋,刘兆良,冯伟,刘岩.基于无人机倾斜摄影的三维数字露头表征技术[J].沉积学报,2018,36(01):72-80.
[5]王果,谢瑞,肖海红,祁钧,赵英豪.无人机倾斜摄影技术支持下的校园三维模型构建[J].河南工程学院学报(自然科学版),2017,29(01):44-47.
[6]崔瑶瑶,杜甘霖,张玉侠.无人机倾斜摄影三维建模在农房确权登记发证项目中的应用[J].测绘通报,2017(S1):192-194.
论文作者:陈源雨1,蓝啟森2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
标签：无人机论文; 航线论文; 相机论文; 数据采集论文; 目标论文; 技术论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第23期论文;