無人機傾斜攝影技術測繪大比例尺地形圖的可行性研究

田雷

摘 要：隨著社會的進步，各種高新科技逐漸應用到人們的生活中，無人機傾斜攝影技術就是眾多高新技術中的一種，通過相關科研人員的不懈努力，無人機的功能逐漸變得多種多樣，廣泛應用于各個行業。在測繪大比例尺地形圖的過程中，無人機傾斜攝影技術得到廣泛應用，并且解決了傳統大比例尺地形圖測繪中效率低下、準確率低和周期長的問題，該文主要對無人機傾斜攝影技術進行敘述，然后對該技術中三維模型的形成流程和相應應用要點進行敘述和總結。

關鍵詞：無人機傾斜攝影技術；測繪大比例尺地形圖；可行性研究

中圖分類號：P231 文獻標志碼：A

隨著城市數字化建設逐漸成形，各種高新技術得到廣泛應用。而任何領域的發展都離不開空間地理的支持，尤其是在大比例尺地形圖的測繪這方面，有著迫切的需求以及高標準的要求。在以往的傳統大比例尺地形圖的測繪工程中，存在著效率低、準確率低、出圖的時間周期長以及成本高昂的缺點。雖然我國衛星技術十分發達，最高分辨率的衛星已經達到了0.5 m，還是難以滿足大比例地形圖的測繪，除此之外，傳統的大比例尺地形圖測繪技術，對外部條件還有比較嚴格的要求。因此，這就需要研究者們去探尋更好的測繪技術，最終研究出了無人機傾斜攝影技術。

1 無人機傾斜攝影的基本原理

無人機傾斜攝影技術的基本原理就是，通過在無人機的飛行平面上搭建多臺高分辨率相機構成的采集影像設備，來對地面圖像進行采集。在空中作業的過程中，從垂直和傾斜等方面對目標區域的圖像進行采集。一般在無人機作業過程中都是采用五鏡頭的攝影系統，與無人機飛行平面中的GPS/IMU系統來獲取目標區域的數據，在經過相應的技術軟件處理后，形成數字的表面模型數字影像以及目標區域的三維模型。

2 無人機傾斜攝影的核心技術

2.1 多視影像聯合平差

無人機傾斜攝影的核心技術之一就是多視影像聯合平差，其中攝影影像可以分為2個方面，一方面是垂直攝影影像，另外一個就是傾斜攝影影像。目前區域網的平差分為3個部分，分別是無約束和有附加約束的區域網平差，另外還有直接定向的傾斜影像。

2.2 多視影像的密集匹配

與傳統的無人機垂直攝影技術相比，在大比例尺地形圖的測繪過程中，無人機傾斜攝影技術需要克服由于地形和分辨率變化大而對影像造成干擾的問題。因此，單單運用傳統的匹配方式，不能夠實現理想的密集匹配效果，更別說來獲取建模的同名像點。根據無人機傾斜攝影技術的現況和需求，近些年來，專家們做了密集的實驗和研究來解決無人機傾斜攝影技術不能夠密集匹配的問題。實現無人機傾斜攝影的多視影像的密集匹配，能夠得到高精度高密度的地形數據，這也是使三維模型更加精細的關鍵。

2.3 三維模型的形成

在將得到的無人機傾斜攝影素材經過處理之后，接下來就可以形成三維模型。根據無人機傾斜攝影的數據情況所形成的三維模型可以分為2類，一是僅僅利用傾斜影像作為主紋理的三維模型，二是利用傾斜影像的所有數據在經過相關軟件處理后制作成的三維模型。

3 在無人機傾斜攝影技術的基礎上，形成三維模型測繪圖的流程

3.1 測量的控制

為了保證三維模型構建的準確性和成功率，因此在進行正式的無人機傾斜攝影之前，就要求各個方面都要達到控制點的理想測量水平?？梢詮囊韵?個方面來使無人機的各個方面達到理想的測量水平，一是提高控制點的測量精確度，二是提高控制點的數量。象對于面積較大且部分區域建筑物密集排列的目標區域，在房屋密集的區域可以采取每間隔150 m設置一個控制點，然而在房屋不密集且相對來說比較稀疏的地方，每間隔300 m設置一個控制點，除此之外，為了提高三維模型的質量，應最好將控制點設置在有房頂，道路交叉口這樣的位置上。

3.2 傾斜攝影影像的獲取和處理

目前在市場上所流通的傳感器鏡頭有2種，一種是三鏡頭，另一種是五鏡頭，能夠實現對目標區域前后左右以及垂直這5個角度的攝影，在實際的攝影過程中，各個鏡頭能夠相互配合，根據各個曝光點自動對目標區域進行攝影，完成多角度攝影任務。多視角拍攝的影像經過處理，建立成虛擬影像后，選擇視野范圍內的傾斜攝影影像，將該部分影像數據反投射到虛擬影像中，最后對影像進行減少目標區域凸起建筑物的重影的處理。減少重影現象的方法主要3種，第一種，盡量選擇無凸起建筑的平地作為影像的銜接，第二種，選擇高度密集匹配的方式來完成兩幅影像的拼接，第三種，對傾斜影像和下方影像的直線特征進行識別匹配，并進行適當調整。

3.3 對所得數據進行預處理

在三維模型構建前，對數據進行預處理是必須進行的一個環節，在這個過程中，主要是對影像的完整性，清晰度和是否有大范圍模糊攝影等情況進行檢查，然后要求工作人員對獲得數據通過模型編輯的方式來進行預處理，另外，在對數據進行預處理時，要避免因為光線的問題而造成的建模差異。

3.4 空三加密

在無人機傾斜攝影的過程中，一般都采用自動的空三加密系統，首先，要在空三加密系統中輸入具有方位信息的地面控制數據，然后系統會根據所輸入的信息自動匹配傾斜攝影中的連接點，然后對連接點進行核對和檢查，排除掉有偏差的連接點，最后進行平差。

3.5 三維模型的構建

最后一步就是進行三維模型的構建，運用批量自動建模軟件進行作業，對上述流程中所獲得的多視角影像數據進行校對、平差、匹配以及三角網的構建以此來提取影像中的特征，使多視角影像變得可視化，從而實現三維模型的構建。

4 無人機傾斜攝影技術的應用要點和經驗總結

4.1 應用要點

（1）在傾斜攝影的過程中，可能會出現建筑自遮擋和被遮擋這2種現象，比如橋梁和大量植被遮擋，可以采取多次飛行攝影和多視角攝影的方式來減少這種現象的發生概率。

（2）由于現今科學技術還沒有達到理想狀態，因此，無人機傾斜攝影無法在黑暗的情況下進行作業。無人機傾斜攝影作業需在光線較好的條件下進行作業。

（3）無人機飛行過程中，并非是平穩的，難免會出現因為抖動而造成像素的位移，攝影效果模糊的情況，因此，在無人機傾斜攝影作業的過程中，盡量將像素控制在1/4個像素以下。

（4）在對目標區域的影像進行采集時，主要采集內容為建筑的側面，基于這樣的要求，就常常需要人工對建筑進行定點采集數據，而在采集過程中，難免會出現因為人工誤差而造成的失誤，因此不光要對傾斜攝影技術進行升級，還要對工作人員能力進行培養。

4.2 經驗總結

在進行大比例尺地形圖測繪時，一是要對航拍區域的房屋密集區進行多次加密拍攝。二是針對模型的采集要有一個清晰的邏輯思維判斷，對于無法進行測繪的區域果斷放棄，不拖延工程的進程。三是對于目前區域中無法進行建模的建筑物采用傳統建模的方式。四是對于山區建模時，植被覆蓋率較高，采用傳統建模。

5 結語

隨著社會的發展，科技的進步，數字化的城市建設也在不斷地進步，目前，越來越多的領域對無人機傾斜攝影技術的需求愈發迫切，并且希望能夠應用到大比例尺地形圖的測繪中。本文對無人機傾斜攝影技術進行了敘述和一些相關的技術總結，希望能為相關人員提供幫助。

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