【摘要】城市化的建设离不开空间地理信息的支持，随着技术的发展，在大比例尺地形图的测绘中无人机倾斜摄影技术有了很大的应用。本文通过对无人机倾斜摄影技术进行介绍，以南宁市武鸣区花花大世界园区为例对这一技术的运用进行了描述，希冀为以后在这一方面的研究工作提供一份可供参考的资料。
【关键词】无人机；倾斜摄影；大比例尺；测绘
1引言
随着经济的日益发展，城市化建设的加快，空间地理信息的重要性越来越大，尤其是对大比例尺地形图信息的获取有着更为迫切的需求。传统的测绘方法效率低、精度低，出图慢，随着无人机技术的发展，利用无人机倾斜摄影技术来测绘大比例尺地形图弥补了传统测绘方法的缺点，提高了测量的可行性和精度，因此在这一前提下，研究无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘方面的应用就很有必要性了。
2无人机倾斜摄影技术简析
2.1应用优越性
无人机倾斜摄影技术在无人机测绘方面有很大的优越性。随着我国无人机技术的快速发展，无人机的应用范围也越来越广泛。尤其是与无人机垂直摄影技术相对应的倾斜摄影技术在地形测绘方面显示出了很大的优越性。相比于无人机垂直摄影技术而言，倾斜摄影技术可以获得多角度高分辨率的影像并且可以生成相应的数字三维模型，因此这就为数字城市建设、城市管理以及城市应急救援等提供了很大的便利。
2.2基本原理
每一项技术的应用都要遵循相应的原理。无人机倾斜摄影技术背后的原理就是通过在无人机飞行平台上搭载多台数码相机，利用这些相机来同时从垂直和倾斜多个不同的角度采集地形地貌的影像，然后再将这些影像信息通过专业的系统转化成数据和像控点。信息采集完成之后再经过相关的软件对这些数据信息进行处理，然后绘制成三维立体模型进行测量。其本身的基于物方的多视立体匹配算法生成基于真实影像纹理的实景三维模型可以期待具有良好的使用效果。
3无人机倾斜摄影测量关键技术
3.1多视影像联合平差
利用无人机倾斜摄影技术收集到的影响包含采集到的影像包含两个方面的内容：倾斜摄影摄像和垂直摄影摄像。其中倾斜摄影测量的区域网平差主要分成三个部分：无约束的区域网平差、附加约束的区域网平差以及倾斜影像的直接走向。
3.2多视影像密集匹配
和传统的摄影摄像相比，倾斜摄影所得到的影像会使物体的几何形状出现变形、分辨率变化大。这就造成了传统的基于灰度以及特征的一些方法不能很好的匹配这一技术，很难获取建模所需要的同名点，为了能够更好的解决这一问题，国内的一些专家提出了一种基于多视角倾斜影像的密集匹配技术，并且对这一技术的进行了大量的实验研究，通过倾斜影像的密集匹配，可以得到一系列的高精度以及高密度的点云数据，这些数据是实现精细三维建模的关键的流程。当前，常用的密集匹配算法有两种：基于物方的多视立体匹配算法以及多基元多影像匹配算法。
3.3三维模型生产
通过倾斜摄影技术获得影像信息之后便可以进行预处理，进而便可以进行三维模型的生产。基于这一技术所得的三维模型可以分为两种方式：完全基于倾斜摄影所得数据并利用相关软件获得的三维模型以及单独利用倾斜像片作为纹理生产的三维模型。
4基于倾斜摄影生成三维模型测绘地形图的流程
无人机倾斜摄影所生成的三维模型测绘地形图主要包括以下几部分的内容：任务下达与申请空域、外业航飞数据采集、像控点布设与量测、内业空中三角测量、生成三维模型和制作地形图几个部分，具体技术流程见图1所示。
4.1具体案例
我们以南宁市武鸣区花花大世界园区为例，具体说明无人机倾斜摄影技术的在大比例尺地形图测绘方面的应用。该地点位于南宁市的北部，东边与G210国道相邻，南边是X016县道和敢庚村，西至都南高速G75伊岭岩出口至旧敢桑水库段，北边与东敢桑村及伏禀村相接，整个区域的面积大约在8.8平方公里。园区内部行车道纵横交错，交通便利。园区内部村庄散落，山体多以石头山为主，水域面积较大，丛林密布，灌木丛生，视野较差。测绘的困难等级为Ⅲ级。
4.2项目内容
整个项目的工作计划安排要按照技术设计书来执行，具体的工作内容以及工作量如下面所示：首先需要安排竖直航空摄影航飞两个架次，得到1044张影像图片，涵盖的面积大约在18平方千米；然后再安排倾斜航空摄影航飞45度方向5个架次，得到4244张影像图片，涵盖的面积大约在9平方公里，空三分为两个测区，最后利用smart 3D Capture进行空三加密解算以及三维模型的生产。外业控制点及检核点测量，本次项目全部使用的是平高点，一共完成了128处共322个像控点的测量，390个高程检核点的测量。倾斜航空摄影空三加密解算使用Smart3D Capture软件，平差结果良好，各项指标均未超限，空三成果质量良好。见表1。
4.3 应用经验总结
本次项目按照的是1∶500的大比例尺进行的地形图测绘，所测地区的地形为丘陵，对精度以及各要素表达的要求较高。本次测绘任务由于工期较短，时间比较紧迫，如果采用全程野外实测的话虽然精度高，但是进度较慢，而且成本很高；即便是采用传统的立体采集以及外业修补测的生产方式也不能完全满足项目的工期以及精度的要求，因此综合各方面因素采用倾斜摄影的方法进行测绘，既可以满足工期的要求，又可以使精度得到保障。房屋使用三维采集精度高，可以内业识别楼层的层数以及房屋的材质，可减少外业的工作量，大大提高了工作的效率；对于植被覆盖比较密集的区域，进行三维采集的难度较大、精度差，可以采用立体采集和野外补测的方法；通过大量的数据外业测量，内业采集同点位置的精度检核，各个生产技术环节的质量控制得到检验，精度达到项目需要使用要求。同时也存在不足，如：三维模型本身存在对于纹理不足的地方会进行空洞填补，因此会造成拉花现象，Smart3D Capture软件生产的三维模型对电杆等较小的地物难以建模，影响数据采集。经过实验也得出了解决办法：①航拍时应综合考虑，对于房屋密集区域应加密航拍；②对模型进行采集时应做基本的逻辑判断，对于无法采集的内容应提交外业进行实地调绘补测；③对于电杆等无法建模的地物用传统航空摄影进行立体采集；④植被覆盖区高程点无法用三维模型采集的，使用传统立体模型进行采集，立体模型也无法采集的，采用野外实测高程点。
5结束语
本文通过无人机倾斜摄影系统获得的影像数据为基础来生成真实的三维模型，然后根据三维地形图将实地量测检查点坐标和基于三维模型生成地形图中检查点的平面坐标和高程坐标进行对比，对于证明该方法生成地形图在平面应用上的价值，故实际上为生产地形图提供了全新的方法。
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论文作者:陈瑛
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
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