摘要：随着无人机倾斜摄影测量技术的发展，实景三维建模成果已运用到越来越多的行业与领域，尤其随着我国城市化建设进程加快，对大比例尺地形图更新的需求更加迫切。而实景三维模型数据真实地反映地物的外观、纹理、位置和高度等属性，利用实景三维模型技术快速采集地形数据成为目前空间数据获取的热点。文章重点就无人机倾斜摄影测量系统在大比例尺地形测绘中的应用进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键词：无人机；倾斜摄影；大比例尺；应用
引言
无人机倾斜摄影技术是通过在无人机飞行平台上搭载传感器，同时从一个垂直和多个倾斜等不同角度采集影像，快速还原真实地物，即一般常用五镜头与两镜头的倾斜摄影系统，结合无人飞行平台搭载的GPS/IMU系统获取的POS数据和实测的像控点数据，通过实景三维建模软件处理获取数字表面模型、数字点云和三维模型的摄影测量技术。现在随着摄影测量技术的发展，只要在多张像片上找到同一地物，就能通过三维建模软件生成三维模型数据、TIN、DSM、DOM等数字测绘产品。
1.无人机倾斜摄影测量技术概述
1.1无人机技术
无人机是利用无线电遥控和自动程序控制的无人飞机或飞行器，包括固定翼、多旋翼、飞艇和直升机等多个机种。无人机具有机动、快速、经济的优势，其结构简单、机体重量轻、使用成本低、数字化和智能化程度高，应用范围和领域更为广阔，在快速获取国土资源、自然环境、应急救灾现势数据及测绘领域有着突出的效率和优势。
1.2倾斜摄影技术
随着航空摄影技术的创新和发展，倾斜摄影测量技术扩大了遥感影像的应用范围，颠覆了传统航空摄影只从正摄角度采集影像的方式，运用多角度相机同步获取地面物体各个角度高分辨率的航摄影像。运用倾斜摄影测量技术生产的三维模型真实地反映了符合人眼视觉的城市场景，结合GNSS技术，将三维城市纳入城市地理信息框架，展现出全面丰富的地理信息，提升用户体验度的同时大大降低三维城市建模的成本，无人机倾斜摄影测量技术特点如下：第一，无人机飞行高度低，多角度相机组能够多方位、高覆盖获取地物顶面、侧面影像数据；第二，相邻影像间航向重叠度和旁向重叠度高，影像表达内容丰富；第三，少量人工干预，自动化的影像匹配和建模，主要过程由计算机完成；第四，实体侧面纹理可见。传统的数字正射影像图主要获取实体顶部纹理，而倾斜摄影技术能够同时映射侧面纹理；第五，综合成本低。无人机倾斜摄影测量技术在数据采集和城市三维模型生产工作上具有更高的效率，减少时间和人力成本。
2.无人机倾斜摄影技术主要内容
无人机的倾斜摄影主要是通过三维重建，利用单一相机多角度垂直拍摄的基础，利用无人机的倾斜、空中定位形成的组合的多镜头拍摄平台，然后通过多媒体技术进行旋转取像。根据无人机的POS系统或GPS差分系统进行精确定位，将提供的多角度成像处理，形成匹配密集影像、映射纹理生成模型的重要操作，最终形成无人机倾斜摄影的三维重建。无人机倾斜摄影技术是空中飞行的测量技术，它们之间的主要区别是倾斜摄影技术是通过在一架无人机上放置多个摄影镜头进行图像收集，多角度的垂直倾斜拍摄让地理表面信息更加完善。正片的拍摄主要依据无人机的垂直拍摄技术，所谓斜片就是通过形成一定的拍摄角度。根据测图需要提出的航摄要求，向主管部门申请。经批准后，制定航摄计划。根据实地勘察测区的地形特征参照相关的技术规范标准，对测区航线进行合理设计，完成测区范围内倾斜航空影像数据获取工作，基本要求及技术指标如下：第一，所获取影像为真彩色数字影像；第二，平面精度满足相关比例尺地形图精度要求；第三，像片的重叠度。航向重叠度75％，旁向重叠度75％；第四，影像质量。获取的测区像片应影像清晰、反差适中，彩色色调柔和、鲜艳；第五，漏洞补摄。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对各种原因获取的不合格航片（航摄漏洞）要及时补飞，漏洞补摄按原设计航迹进行。
3.无人机倾斜摄影测量系统在大比例尺地形测绘中的应用
3.1测区概况
实验测区位于某住宅小区，面积约0.5km2。小区已建设完成，以小高层建筑为主，各种设施已完工，绿化都已完善。
3.2数据的获取
为了采集更加全面的建筑物侧面信息与高分辨率影像，选用了一套固定翼搭载双镜头（单镜头2400万像素）与一套大疆无人机搭载单镜头（2000万像素）的组合系统进行倾斜影像采集作业。固定翼搭载双镜头分为前视镜头与右视镜头，往返飞行作业采集实验区四个方向的倾斜影像数据，设计航高为180m，影像分辨率约为5cm。大疆无人机主要针对房屋密集区进行高分辨率倾斜影像补充采集，影像分辨率约为2cm，共获取地面像片1150张，其中固定翼678张影像，多旋翼型472张影像，像控点布设是保证三维测图数学精度的关键，为了保证三维成果的精度，本次实验在测区范围布设9个平高控制点。
3.3数据处理
在结束外业航拍后，需要进行内业数据处理，无人机倾斜摄影数据内业处理主要包括数据准备、数据预处理、空中三角测量和生成三维模型、三维测图等几步。数据的准备包括影像数据、POS数据、像控点数据、像控点的点之记等，数据预处理包括检查影像是否有质量问题，是否反差适中，是否清晰、有较丰富的层次，影像地面分辨率是否与成图比例尺相一致，其次检查POS数据处理，POS数据文件记录的是无人机飞行轨迹、拍摄曝光瞬间的位置姿态信息，需要与像片逐一对应。本实验使用ContextCapture center软件进行空中三角测量与实景三维建模数据处理，首先对倾斜影像进行连接自动匹配，对获取的特征点采用多像密集匹配技术自动匹配同名点；然后进行粗点检测，构建自由网，输入像控点坐标，进行刺点后进行光束法区域网平差，反复进行参数设置、像控点刺点位置调整，直到空三结果满足所需要求，最后输出空三结果报告完成倾斜摄影影像的空三解算。通过空中三角测量，解算像片外方位元素，软件建模的主要步骤如下：第一，影像导入。新建工程导入影像数据及对应的POS数据，输入拍摄像片相机的传感器横边尺寸及镜头焦距信息；第二，控制点关联。导入控制点，选择正确的坐标系，通过影像测量编辑器找到控制点的位置，每个控制点至少需要找到2张像片并刺上像控点；第三，空中三角测量。导入数据并设置完参数后，提交空中三角测量任务，通过反复调整参数设置、像控点刺点位置直到每张影像满足三维建模与三维测量精度要求后，进行下一步实景三维建模工作。
3.4利用实景三维模型测图
实验采用的EPS3D Survey三维测图系统，是基于EPS平台上二三维采集系统，能够利用实景三维模型进行数字化测图，主要步骤如下：第一，数据转换，利用EPS平台将OSGB模型三维数据转换为EPS使用的DSM数据；第二，加载三维DSM数据后，在三维模型上直接绘制地形数据，采集房屋、河流、道路、地貌等地物，其中房屋绘制主要利用五点画房进行绘制；等高线可以直接用模型生成，也可以先提取高程点，生成三角网后再生成等高线。
结束语
综上所述，航空倾斜摄影技术不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，为数字化城市的建设提供了全新的手段，并使行业应用更加深入。通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度和坡度等的量测，通过数据信息的嵌入，可以实现更大领域的运用。
参考文献
[1]陈昕.无人机倾斜摄影测量在建筑规划竣工测绘中的应用[J].城市勘测，2017(01):82-85+90.
论文作者:郭永辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/3
标签：无人机论文; 影像论文; 数据论文; 测量论文; 像片论文; 模型论文; 比例尺论文; 《基层建设》2018年第33期论文;