摘要：无人机倾斜摄影技术是近年来遥感领域中研发的新技术，不仅能够真实地反映出地理信息，还可通过定位技术、地理信息等，提高航拍影像的处理速度，建立三维模型。而智慧城市的建设过程需要三维模型的支撑，所以将倾斜摄影测量技术应用在智慧城市中具有十分重要的作用。文章重点就基于旋翼无人机倾斜摄影测量的城市三维实景建模进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键字：旋翼无人机；倾斜摄影；三维实景；建模
引言
二十一世纪的现代社会，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、清晰度以及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。
1旋翼无人机倾斜摄影测量概述
多旋翼无人机是具有三个或者三个以上旋翼轴的无人驾驶飞行器，其中最为常见也最为经典的就是四旋翼无人机。在市场应用领域，四旋翼无人机主要为消费级产品，涵盖了航拍、表演等民用场景，本文接下来以四旋翼无人机为例进行阐述说明：
1.1四旋翼无人机结构
四旋翼无人机由4个旋转的螺旋桨提供升力，通过4个螺旋桨不同的转速进而做出悬停、俯仰、滚转、偏航等姿态。4个螺旋桨的桨型及半径完全相同，其分布形式主要包括十字型和X型，其中十字型分布中，无人机的前进方向与其中一个轴方向相同，而X型分布则表示无人机的前进方向为两个轴的中间方向。十字型分布的飞行控制系统较为简单，适合新手设计和操作；而X型更灵活，适合熟练飞手进行较高难度的飞行，如特技飞行。四个螺旋桨安装在无人机的4个支架，支架中央放置处理器和摄像头、云台等外设。
1.2四旋翼无人机的工作原理
四旋翼飞机具有6个自由度，但是却只有4个输入力，因此四旋翼无人机是一个欠驱动系统。四旋翼无人机的基本运动形式包括X轴、Y轴、Z轴平动以及沿X轴、Y轴、Z轴转动，详细如下：
第一，悬停及垂直运动。螺旋桨1和螺旋桨3逆时针转动，螺旋桨2和螺旋桨4顺时针转动，当四个螺旋桨转速相同时，所产生的扭矩被抵消，此时四旋翼无人机不产生绕轴转动运动。当四个螺旋桨的转速逐渐增大，所产生的升力恰好与重力平衡，无人机处于悬停状态，当螺旋桨转速继续增大，升力大于重力，无人机进行垂直上升运动（沿Z轴上移），反之，当螺旋桨转速减小，升力小于重力，无人机垂直下降（沿Z轴上移）；
第二，俯仰运动。保持螺旋桨2和4的转速不变，增大螺旋桨1的转速，减小螺旋桨3的转速，此时螺旋桨1产生的升力大于螺旋桨3产生的升力，无人机进而绕Y轴正转，同理当增大螺旋桨3的转速，减小螺旋桨1的转速，无人机绕Y轴反转；
第三，滚转运动。保持螺旋桨1和3的转速不变，减小螺旋桨4的转速，减小螺旋桨2的转速，此时螺旋桨4产生的升力大于螺旋桨2产生的升力，无人机进而绕X轴正转，同理当增大螺旋桨2的转速，减小螺旋桨4的转速，无人机绕Y轴反转；
第四，偏航运动。增大螺旋桨1和3的转速不变，减小螺旋桨4的转速，此时螺旋桨1和3作用于无人机的反扭矩大于螺旋桨2和4作用于无人机的反扭矩，无人机便在此作用下沿Z轴正转，同理增大螺旋桨1和3的转速不变，减小螺旋桨4的转速，无人机沿Z轴反转。
2旋翼无人机的应用
在科学技术不断发展的今天，无人机已经成为一种应用十分广泛的产品，它以独特的优势得到了人们的关注，并成功应用在各行各业，成为人们圆梦高空的利器，它的机动性好、适应能力强、成本低廉、易于操作，可以执行军事侦查、地质勘探、物资运输以及航拍摄影等任务。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆近些年，随着技术的发展和制造成本的降低，以四旋翼飞机为代表的消费级无人机开始进入普通人的生活，它们定价合理、功能强大，已经获得了越来越多人的青睐。近年来，以DJI为代表的无人机创新企业，已经将消费级无人机扩展到了千亿级市场规模，并在勘探、警用、救援等多个专业领域有着不俗的表现，从巴掌大小的自拍无人机到大规模专业级无人机，都正在或者即将改变人们的生活体验、创造新的生活场景。相信在未来，旋翼无人机将会成为人们生活中不可或缺的产品。
3基于旋翼无人机倾斜摄影测量的城市三维实景建模
3.1IMAGIS城市三维建模过程
3.1.1提取数据
按照地图比例尺1：2000的比例，提取城市每一个景观地面的高程、高度、平面信息、底面边界特征等信息，然后筛选出其中有用的数据信息，并将这些采集到的信息进行保存，通过计算机系统将这些信息转化成为DXF文件。
3.1.2建立景观模型
有关人员根据采集到的信息，按照城市的土建信息、城市规划图等进行匹配，将Mapinfo等数据信息导入，并用tab形式将数据信息保存，然后用程序拓扑处理景观数据，将其中能够匹配的数据信息保存，最后用MIF格式保存下来，便于后期IMAGIS软件的分析和应用。之后再进行景观拉伸，这个过程需要有关人员将数据信息导入到IMAGIS软件中，然后在对这些景观进行拉伸，这样就可以提取景观高程、顶部数据信息，将顶部信息拉伸到地面的DEM中，建立一个底面不存在的半封闭式五面体。
3.1.3建立地形模型
三维地形模型通过倾斜摄影测量获得了底面信息，而有关人员将底面信息与半封闭五面体叠加在一起就获得了一个地形模型。而在IMAGIS三维模型中，必须要匹配的影像资料作为底面纹理，并将其叠加映射DOM中。
3.2采集纹理和粘贴纹理信息
3.2.1纹理采集方式
第一，现场摄影。在构建三维模型的过程中，其主要的信息就是地物，同时地物也是城市建筑、交通等重要信息，这些地物侧面纹理信息通过数码相机在现场拍照获得，然后通过数字地形图或者城市规划设计图中获得平面坐标信息，其还可以用专业的测量高度仪器获得；第二，航天航空遥感设备。地面纹理数据信息和地物高程信息可以通过航天航空摄影技术获得，比如无人机倾斜摄影测量技术。无人机倾斜摄影测量系统由飞行控制系统、传输系统、地面设备、地面监控系统等构成，在无人机拍摄之前根据所测需要地物，设定无人机飞行的航线、航高，无人机按照规划的航线拍摄，然后将拍摄的数据信息进行整理，拍摄数据是否符合测量要求，如果不符合再次飞行测量。
3.2.2粘贴纹理信息
三维数字模型建立以后，这些纹理信息并没有存在模型上，还无法真实地反映出城市三维特征，所以需要将纹理信息粘贴到建筑物的顶面或者墙壁。纹理信息要粘贴到三维模型的各个层面上，一些比较大的三维模型无法用一张照片覆盖，则需要照用分块摄影的方式处理，将其划分为多个照片，然后通过PS软件进行拼接和编辑。
结束语
综上所述，目前无人机倾斜摄影技术的广泛应用，改变了传统的测绘作业方式，大幅度提升测绘行业的作业效率。大量更多、更好、更丰富、更精确的城市三维模型产品和服务的不断涌现，必将为我国更有效率的应用土地资源、优化国土空间、建设美丽中国而增砖添瓦。
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论文作者:董公何,赵化放
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：无人机论文; 螺旋桨论文; 转速论文; 信息论文; 旋翼论文; 测量论文; 升力论文; 《基层建设》2019年第13期论文;