江西核工业测绘院 江西南昌 330038
摘要：本文是针对目前较为流行的倾斜摄影的流程方法进行了探讨，主要通过无人机上搭载倾斜摄影测量系统进行地物全方位摄影，获取地物多个立面的纹理信息，从而获得真实感较强的三维立体模型，并对倾斜摄影应用于城市管理方面提供了思路。
关键词：无人机倾斜摄影；城市管理；方法；应用
倾斜摄影技术是测绘领域近些年在摄影测量技术之上发展起来的一项高新技术。通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。它不仅克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行航拍的局限性，弥补正射影像的不足，也克服了以往三维建模的人工密集型作业模式，实现快速精细建模，真实地反映地表地物的实际情况；通过整合POS/DSM及矢量数据，可以实现基于影像的各种三维测量。
1 倾斜摄影航测系统选择分析
目前，倾斜摄影航测系统多采用多旋翼、固定翼及直升机等类型的搭载平台，不同类型的平台各有优劣势，此外还有一些载人的固定翼或三角翼平台搭载倾斜摄影系统进行倾斜摄影作业，不同搭载平台的性能对比如表1。
表1 多种搭载平台性能对比
图1 倾斜摄影生产流程图
从表中可以看出，固定翼的航飞效率比较高，直升机次之，而多旋翼的航飞效率相对较低，但是多旋翼的操控性以及安全性较好，倾斜摄影目前主要是针对城区有房屋或有人文活动较多的区域，因而倾斜摄影对于平台的操控性和安全性要求较高，最大程度地降低风险成本。另一方面，三维建模或大比例尺测图需要精细的纹理或细节拍照，而纹理或细节的精细程度在相机曝光时间一定的情况下与飞行平台的航飞速度有很大关系，精细程度要求越高，航飞速度就要越慢；而且影像地面分辨率也直接关系到倾斜摄影成果的精度和精细程度，其与航高成反比关系，影像地面分辨率越高，航高要越低。固定翼由于其构造需要一个相对较高（大于200米）的安全飞行高度，而多旋翼则可以以相对较低的航高进行倾斜航拍作业。因此对于山区或房屋较少且精度要求不高的区域可以采用固定翼倾斜摄影航测系统进行大面积的航拍作业，而对于精度要求较高的区域则要采用多旋翼倾斜摄影航测系统，以保证较高的影像分辨率和地物采样频率。
2 倾斜摄影流程方法研究
相对于传统航空影像处理，倾斜摄影影像也需要经过外业航拍、像控测量、空三加密处理等步骤。具体生产流程如图1所示。
2.1 航拍数据获取
航拍数据获取之前需要进行飞行测试包括地面调试、模拟飞行、生产性测试。地面调试主要测试发动机的启动、输出功率、转速，以及油门和油路的通畅性等情况，然后根据发动机的运转情况及设计参数，实时调整相关参数，使发动机输出功率达到预期目标，并保持稳定性。模拟飞行调试主要是在野外场地通过地面站系统实时监控飞机的空速、角度、发动机转速等情况，评估飞机在飞行时的稳定性和安全性，以及指令的通达性，并实时响应调整。
生产性测试是指经过一系列的操控性测试，对存在的问题进行过调整后，飞机各项指标合格后，将飞机搭载航拍设备，按照航拍规范要求，进行实际航拍任务飞行，进一步检验航测系统的平稳性及可操作性，可通过航拍下来的影像质量、航线弯曲度来评价。经过飞行测试之后利用倾斜摄影航测系统对目标区域进行倾斜摄影航拍，获得不同航高、不同地面分辨率的影像数据。
2.2 数据后处理
数据后处理通过内外业手段把航测系统获取的只有像方坐标的影像数据，通过空间前方交会方法获取得到具有物方坐标的4D产品的过程。外业包括外业像控测量以及外业调绘补测，而内业则是将航拍数据和外业测量数据带入共线方程（相对定向至绝对定向），平差解算得到像片外方位元素，输出4D成果。由于外业测量数据可以与航拍同一时段作业，因而数据后处理通常指的是内业数据处理这一过程。
2.3 三维模型制作
经过数据后处理，多个镜头数据之间的相对位置关系业已确立，从而可以基于相对定向成果提取点云，然后从照片里提取最佳的纹理贴图，构成“蒙皮”三维立体。当然，初始的三维模型会有诸多缺陷，可经过几何修复、细部整饰、纹理修补等方式进行模型修复，形成较为精细的三维模型。最终三维模型效果图如图2所示。
图2 三维模型效果图
2.4 地形图
通过倾斜摄影三维立体成果，可以方便地提取出有用的基础地理数据，相对于传统航测成图，倾斜摄影立体测图免去了建筑物房檐修正的问题，可以直接获取建筑物的实际轮廓。利用点云数据可以快速获取区域内的等高线，经过简单的编辑之后就可以直接用于编制地形图，用于描述地形地貌信息。而且房屋结构、植被种类及树高、道路材质等绝大部分信息可以不经过外业实地勘察而直接从倾斜摄影成果中获取。
3 倾斜摄影成果城市化应用
倾斜摄影测量集成了传统的航空摄影和测距技术，获取的影像成果具有三维立体效果，符合视觉系统的直观真实世界认知。倾斜摄影可以同时获得地面建筑的顶面和侧面详细的纹理信息，大大提高了地表特征的航空解译和三维模型真实效果，可以直接在三维立体模型中对距离、高度、面积或体积等量算，真正实现了一次作业，快速高效地获取多种信息的方法手段。因此，倾斜摄影以其丰富的城市部件信息和较高的成图效率，快速获取全方位无死角POI信息，更适合用于城市精细化管理，比如城市乱搭乱建现象监测、城市绿地绿化精细测定、城市洪涝灾情快速建模预测、城市执法监察和重点区域地质灾害监察等。
4 总结
测绘的最终目的是提供所有公众需要的各种数据，满足公众日常生活需求。传统的航空摄影成果多为专业测绘领域服务，精度被提至很高的高度，使得传统测绘测绘成果应用面不宽，大部分成果只能专业人员才能够使用，这反而限制了测绘的发展。倾斜航空摄影作为一门新兴的测绘航空摄影技术，其不再刻意强调测图精度，而只是提供可量测的实景影像系统，倾斜图像可让我们更轻松地使用地理信息，从而吸引并不熟悉地图使用的新用户，这样可以加快地理信息的普及应用，充分发挥地理信息的作用。任何普通民众都可以从中找到需要的信息，这使得测绘首次直接面向公共大众，同时也是测绘大发展的一个机遇。
论文作者:宋佳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：数据论文; 航拍论文; 影像论文; 系统论文; 作业论文; 成果论文; 较高论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;