西安大地测绘股份有限公司 陕西西安 710054
摘要：地灾应急测绘中，需要快速获取准确和丰富的地理空间位置，为灾害处置和救援提供数据基础，无人机倾斜摄影测量技术以其在影像数据获取快速方便、数据成果丰富等方面的优势，得到了越来越多的应用，在此主要介绍无人机倾斜摄影技术的组成结构，并根据在陕西山阳特大滑坡应急测绘实践中的应用，由此总结其在应急测绘中的特点，最后探讨其发展前景。
关键词：无人机；倾斜摄影系统；地灾应急测绘
一、倾斜摄影系统简介
倾斜摄影是近年来发展起来的一种机载多角度倾斜摄影技术，它将传统航空摄影技术和数字地面采集技术结合起来，通过在同一飞行平台上搭载多台或多种传感器同时从多个角度采集地面影像从而克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥补了正射影像的不足[1] 。
无人机倾斜摄影系统主要由飞行系统，倾斜摄影系统以及数据处理系统三部分构成。飞行系统以固定翼和旋翼机为主，根据作业区域、用途的不同而选择合适的平台作为载体。倾斜摄影系统一般由云台和多台高分数码相机按照15-45°倾斜角度组成，相机的组合常见的有三组合和五组合两大类；五组合属于标准组合，主要包括下视相机，前视相机，后视相机，左视相机，右视相机（结构见图1）；由于载荷、需求等原因，三组合也较为多见，相比五组合省去了左、右方向的相机，载重更小。下视相机为垂直摄影，用于制作DEM，正射影像。前视相机、后视相机、左视相机和右视相机都为倾斜摄影，用于多个不同角度采集带有空间信息的真实影像，以获取更加全面的地物纹理细节。数据处理系统主要是通过相应的倾斜影像数据处理软件，对采集到的倾斜影像进行多种处理，生成符合应用需求的倾斜影像数据产品，主流软件主要有Smart3D、pix4D等。
图1
无人机倾斜摄影特点：
（1）信息丰富、全面。传统的正射影像，只能获取顶部信息，倾斜影像能提供更丰富的地理信息，更好的展现建筑物、山体的立面信息及相互之间的位置关系真实的反映灾区的实际情况，便于灾情研判和决策部署。
（2）数据精度高。由于无人机飞行高度较低，影像实际分辨率高，解算精度高，在此基础上获取的高度、长度、面积、坡度、剖面、体积等应急测绘相关数据更准确。
（3）数据应用多样。由于配套软件功能丰富，数据齐全，因此对于易积水区域，汇水面积，遮蔽，日照等数据分析更快速。
二、倾斜摄影在山阳滑坡应急测绘中的应用
2015年8月12日凌晨0:30许，位于陕西省商洛市山阳县的陕西五洲矿业股份有限公司山阳分公司生活区突发山体滑坡，塌方量约100万方。作者单位根据相关部门紧急指令立即开展应急测绘保障服务工作。灾区位于秦岭山区、植被茂密，交通由于灾害受阻，飞行面积约1.8平方公里，高差约300米。
2.1 硬件系统及飞行参数
此次应急测绘采用固定翼无人机搭载5个索尼5100数码相机用来获取前、后、左、右以及垂直方向的图像，集成D-RTK和IMU高精度导航定位系统获取高精度POS数据。
飞行相关参数如下：（1）飞行高度500m；（2）相机焦距20mm；（3）相机传感器尺寸6000*4000像素；（4）航向与旁向重叠度均为80%。（5）地面分辨率0.1米
2.2 倾斜摄影数据处理
12日15时-17时，共飞行四个架次，获取影像完整覆盖滑坡区域以及周边山体，获取可用于数据处理的相片共计约1000张。
本次作业采用Smart3D软件进行影像处理，它由Acute3D设计并提供支持，是一套集合了全球最先进数字影像处理、计算机虚拟现实以及计算机几何图形算法的全自动高清三维建模软件解决方案[2]。数据处理流程如图2所示：
图2
在Smart3D中新建工程，导入相片数据，软件通过对图片进行大量的特征点的计算，进而提取、匹配同名点，然后恢复空间摄影时相片的位置、姿态等信息，用于查看飞行覆盖状况以及相片覆盖范围相关位置等信息（图3）。同时加入各种可选的额外辅助数据：传感器属性（焦距，传感器尺寸，主点，镜头失真），照片的位置参数（如GPS），照片姿态参数（例如，INS），同时转刺控制点等，用于精准的空三加密计算。
图3
空三加密完成后，根据需要可以获得纹理相对逼真的实景三维模型，高精度DOM，DEM等三维、二维成果，同时利用软件自带的空间分析功能（量算工具、方量计算、淹没分析等），可定量分析引发灾害的诱因、现状、趋势等。
2.3成果应用
1.实景三维（图4）为灾情研判、制定救援方案提供依据，具体用于救援通道位置和路线选择。
图4
2. 滑坡体方量计算（图5），计算准确的滑坡方量。
图7
2.4评价
经过连夜奋战，8月13日凌晨4时，应急测绘队制作完成山阳滑坡地区实景三维影像，精确计算出了滑坡体土石方量、被压房屋覆盖物厚度、易积水区域面积及蓄容等数据。相关测绘成果在13日上午的应急救灾会议上，为领导和专家研判灾情、制定救援方案提供科学的地理信息数据支持，得到领导和专家的高度肯定。
三 结束语
无人机倾斜摄影技术是近几年发展起来的低空摄影测量技术，其高分辨率和高机动性在突发地质灾害应急测绘中的特点是其它遥感技术无法比拟的，它可以广泛用于应急测绘的数据采集、分析等领域。同时，虽然已基本实现数据自动化处理，但由于相幅小、航向及旁向重叠率大，分辨率高等原因，数据量巨大（传统数据的10多倍），因此数据运算量巨大，耗时长，对计算机软硬件也有较高的要求，今后随着倾斜摄影数据处理的算法不断优化和提高；可以更好发挥无人机倾斜摄影的实用性和实效性，促进无人机倾斜摄影技术在应急测绘领域的广泛应用。
参考文献：
[1]薛跃明 无人机倾斜摄影技术在地质灾害调查监测中的应 信息技术与应用 2016 .8 15-19
[2]Smart3D实景建模大师用户手册v2.2
论文作者:陈刚
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/20
标签：无人机论文; 数据论文; 相机论文; 组合论文; 山阳论文; 影像论文; 滑坡论文; 《防护工程》2017年第18期论文;