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摘要：随着科学技术的不断发展，无人机倾斜摄影技术也得到相应的发展，并在数字城市实现良好建设以及应急救灾过程中被广泛应用。本文主要通过对无人机倾斜摄影技术所取得的数字三维模型进行大比例尺地形图的测绘，并对倾斜摄影的关键技术进行相应分析探讨，提出了无人机倾斜摄影基础上三维模型的生产以及测绘地形图的流程，并进行相应的数据获取。
关键词：无人机；倾斜摄影技术；大比例尺地形图；测绘
一、前言
随着经济发展的迅速化，我国城市建设也逐渐趋向于数字化，且城市化中各个领域的发展，都需要地理信息进行支持，特别是对于大比例尺的地形图的获取迅速以及快速更新相关需求的满足。测绘地形图的时候，传统的方法，由于作业的效率比较低，出图的时间比较长，再加上成本较高，且需要外业工作人员进行实地测量，这就无法保障作业人员的安全[1]。而通过卫星遥感对地形图进行测量测绘，通常会受到地貌条件以及气象的影响。虽然当前我国已经发射了具有较高分别率的卫星影像，且其所具有的分别率已实现0.5m距离，但是，其仍无法对1：500-1：2000这种比较大的比例尺进行测绘[2]。同时，通过传统的航空摄影对地形图进行测绘，会对机场、空域、天气条件等具有较高的要求，且具有成本较高、作业时间较长等劣势，这就会对数字摄影技术应用于大比例尺地形图的测绘中产生限制。而无人机技术的逐渐发展，无人机的倾斜技术以及垂直技术逐渐得到广泛发展与应用。与垂直摄影相比较，倾斜摄影具有的分辨率更高，能够生成相应的三维模型，并可以使城市管理、城市数字化建设、应急救灾中进行广泛的应用。
二、倾斜摄影原理
无人机的倾斜摄影技术，主要就是指通过无人机的飞行平台，对数码相机进行搭载，并以倾斜、垂直等不同角度，对具有较高分辨率的影像进行采集，通常使用的倾斜摄影系统为五镜头，并与无人机飞行平台上所搭载的IMU/GPS系统相结合，从而获得像控点数据以及POS数据，并通过有关软件进行处理，获取相应的数字表面模型、三维模型、数字正摄影像等测量技术[3]。
三、无人机倾斜摄影测量关键技术
（一）多视影像联合平差
无人机倾斜摄影所获取的影像，主要包括倾斜摄影影像以及垂直摄影影像。对于倾斜摄影测量而言，其区域网平差主要包括附加约束的区域网平差、无约束区域网平差、倾斜影像的直接定向。
（二）多视影像密集匹配
与垂直摄影技术相比较，倾斜影像存在分辨率变化较大、地物几何变形较大等问题，这就使传统的以灰度为基础的与特征相匹配的方法，无法有效完成相应的匹配工作，这就对建模过程中所需要的同名点无法有效获取。想要使倾斜摄影所具备的匹配问题得以有效解决，相关专家提出了通过多视角摄影之间的密集匹配技术，并对其进行了大量的研究分析，根据倾斜影像之间的密集匹配，就可以获取密度较高、精度较高的点云数据，其对三维建模的有效实现具有重要影像[4]。目前，较为常用的密集匹配算法，主要包括基于物方的多视立体匹配算法、线条件约束的多片最乘影像匹配算法、多基元多影像匹配算法。
图1 倾斜摄影三维模型测绘地形图流程
（三）三维模型生产
通过将倾斜摄影所取得的影像进行相应预处理后，就能够对三维模型进行生产。依据倾斜摄影对影像数据进行获取以及利用，通常可以将生产的三维模型分为两种，也就是单独利用倾斜像片所生成的纹理生产的一种三维模型，以及完全依据倾斜摄影所获得的数据通过有关软件而创建的三维模型。
四、倾斜摄影基础上的三维模型测绘地形图流程
通过无人机的倾斜摄影所构建的三维模型进行地形图测绘，主要包括以下几部分：任务下达、申请空域、外业航飞数据采集、内业空中三角测量、像控点布设以及测量、三维模型的生成、地形体的制作等，具体的测绘流程，如图1 所示。
五、数据获取
（一）外业数据获取
通过无人机系统，也就是无人机的飞行平台、五镜头飞行平台、地面监控站、遥控设备所构成。飞行平台主要包括动力系统、飞行控制系统、机身主体、动力系统、辅助设备等，无人机通常具有较长续航时间、姿态较稳等特点。
（二）内业数据获取
无人机外业航飞完成之后，就需要实施内业的数据处理，无人机倾斜摄影数据在进行内业处理的时候，主要包括空中三角测量、数据预处理、三维模型的形成。（1）数据预处理。在获取到航飞的数据之后，需要对影像与POS之间是否相一致进行检查，并对其质量问题、影像清晰度、是否存在范围较大的模糊遮挡情况进行检查。由于倾斜摄影的一个镜头会垂直向下，且另四个镜头方向分别朝向四个方向，因此，在实际摄影的时候，5个镜头所拍到的角度以及时间如果不一致，就会产生较大的反差光线以及强度差异，其将会对三维建模所具备精度、效果产生严重影响，因此，需要对影像实施匀光匀色处理。然后，通过获得的POS数据，根据相关要求，对坐标系进行转换。（2）空中三测量。Smart3D Capture通常会对垂直镜头以及倾斜镜头所获取到的影像的连接点进行自动匹配，并将获取的相关特征点通过密集匹配技术，对同名点进行自动匹配，粗点检测后，对自由网进行构建，通过将像控点坐标进行输入，刺点之后，通过光束法区域网平差所获得的结果，实施相应调整，主要对参数设置、像控点刺点的具体位置进行相应调整，直至能够满足空三的结果要求，并将空三的结果报告进行输出，从而使倾斜摄影的影像能够在空三状态下进行解算[5]。（3）三维模型的生成。在空三的精度能够符合精度要求，且空三关系模型没有出现明显错误，就能够对三维模型进行计算，然后将三维模型进行提交，并为模型设置相应的空间参考系统。在Smart3D Capture系统当中进行三维重建，主要是以瓦片技术为主，并依据数据的大小实施相应的分瓦，通常分瓦的规则就是平面方格分瓦，在进行分瓦的时候，需要确保瓦片的最大值不能大于100Mpixls。然后将工程提交，并设置相应名称，并以需要的数据，生成相应的模型，主要为三维模型、正射影像、三维点云，然后依据相关需求进行选择。在完成三维建模后，通过3mx、s3c、osgb等格式形成的三维模型，进行工程的提交，模型的生产全部完成之后，通过3D viewer对生成的模型结果进行查看。Smart3D Capture软件主要是在图形运算单元中的GPU实现快速三维运算的软件，其通常能够形成具有较高密度的真实影像。
六、结束语
综上所述，本文主要通过无人机倾斜摄影系统，对影像数据以及POS数据进行获取，并以Smart3D软件对空中的三角进行测量，并形成相应的三维模型，其对地形图的制作具有积极影响。通过将实地测量所获取的检查点坐标与高程坐标实施对比显示，这种方法能够给满足对1：500-1：2000这种比较大的比例尺进行测绘。
参考文献；
[1]马存富.基于无人机倾斜摄影技术矿山地形精准测量方法[J].世界有色金属，2018（03）：15-16.
[2]潘成军.基于倾斜摄影模型的1∶500地形图要素提取及精度分析[J].测绘通报，2017（S2）：62-66.
[3]马静，石莹.浅谈倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用[J].测绘标准化，2017，33（03）：46-48.
[4]令狐进，郑跃骏，岳仁宾.倾斜摄影在建筑密集区1∶500现状测量中的应用研究[J].北京测绘，2017（S1）：178-180.
[5]孙亮，夏永华.基于无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的可行性研究[J].价值工程，2017，36（08）：209-212.
论文作者:周火生
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/18
标签：无人机论文; 地形图论文; 模型论文; 影像论文; 比例尺论文; 数据论文; 测量论文; 《防护工程》2018年第20期论文;