無人機傾斜攝影測量技術(shù)在大比例地形測繪中的應(yīng)用

江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六五大隊

一、無人機傾斜攝影測量技術(shù)的概念

（一）傾斜攝影測量簡介

無人機傾斜攝影測量技術(shù)是通過無人機搭載的五個鏡頭，分別從垂直與傾斜的角度，對目標(biāo)正中物及其前、后、左、右五個方向采集影像數(shù)據(jù)，在拍攝過程中無人機的航速、航高、航向等信息會被記錄，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)軟件進(jìn)行分析處理，進(jìn)而建立三維模型。無人機的出現(xiàn)與發(fā)展，大大促進(jìn)了傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展。多角度拍攝的影像可以幫助測繪人員獲取更多的地形信息，遮擋物對測繪工作的影像被明顯弱化，使得構(gòu)建三維模型的工作能夠更好地進(jìn)行。傾斜攝影技術(shù)在不但大比例尺地形圖的制作中得到廣泛使用，在不動產(chǎn)測繪領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用需求量。

（二）無人機傾斜攝影測量的優(yōu)勢與局限性

相比于傳統(tǒng)測量方法，無人機傾斜攝影測量有著較大的優(yōu)勢。最為明顯的是成本低、效率高，無人機傾斜攝影測量不需使用大量外業(yè)人員，使用無人機航拍獲取影像數(shù)據(jù)效率頗高，如使用無人機傾斜攝影測量技術(shù)能夠快速構(gòu)建三維模型，省去了傳統(tǒng)測繪方法中的屋檐改正、層數(shù)調(diào)繪等工作，既節(jié)省大量時間成本又減少了大量的人力成本，且面對一些傳統(tǒng)測量方法難以測量的地形，或是野外無法測量的地域，無人機傾斜測量具有傳統(tǒng)測量方法無法比擬的優(yōu)勢。

無人機傾斜攝影技術(shù)也有著一定的局限性。無人機搭載的五鏡頭相機所獲取的地面目標(biāo)物的姿態(tài)數(shù)據(jù)并不完全精確，與真實曝光時pos數(shù)據(jù)存在著一定的差值，且該相機的拍攝范圍較小，在進(jìn)行大比例地形的測繪作業(yè)時，需要獲取的數(shù)據(jù)較多，因此相片數(shù)量將會很大，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理很依賴處理軟件的性能，且需要配置多名內(nèi)業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。另外，受無人機載重量等因素制約，其上搭載的相機并非專業(yè)的量測用相機，存在著鏡頭畸變的現(xiàn)象。

二、無人機傾斜攝影測量誤差分析

無人機傾斜攝影測量技術(shù)中，誤差的主要來源有以下幾種：①影像質(zhì)量。無人機在飛行的過程中，由于機身的震動及飛行過程中相機擺動等原因，導(dǎo)致相機在曝光時被拍攝物與感光元件的相對位置發(fā)生改變，最終導(dǎo)致影像模糊的現(xiàn)象，此現(xiàn)象被稱為影像位移，使影像質(zhì)量降低。②鏡頭畸變。前文中有所提及，無人機搭載的五鏡頭相機并非專業(yè)的量測相機，存在光學(xué)畸變情況，畸變的來源主要為三個方面：鏡頭的光學(xué)誤差、A/D轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的電學(xué)誤差以及鏡頭機械誤差。③相片重疊度。相片重疊度即無人機攝影過程中，對相鄰區(qū)域進(jìn)行攝影時對應(yīng)同一部分的地面影像的多少，航向重疊度越低，該影像越少則相片重疊度越低，那么對應(yīng)地面的共有信息就越少，因此在對同名點進(jìn)行匹配時，產(chǎn)生的同名點共線方程就會更少，所求得的物方坐標(biāo)誤差就越高。在低空數(shù)字航空攝影規(guī)范中，規(guī)定航向重疊度一般應(yīng)為60%～80%，最小不小于53%；旁向重疊度一般應(yīng)為15%～60%，最小不小于8%。在無人機傾斜攝影測量中，規(guī)范內(nèi)的旁向重疊度并不足以建立足夠精確的三維模型，在實際操作中，應(yīng)當(dāng)將旁向重疊度設(shè)置在75%以上。

三、無人機傾斜攝影在大比例地形測繪中的應(yīng)用要點

（一）關(guān)鍵技術(shù)

無人機傾斜攝影測量的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點：①空中三角測量。空中三角測量是通過前方交會與后方交會，以較少的控制點坐標(biāo)為條件，對未知點坐標(biāo)與影像的外方位元素進(jìn)行求解，用于模型定向及后續(xù)測繪產(chǎn)品生成。②影像匹配。影像匹配是在不同相片之間建立連接關(guān)系，對所拍攝的相片通過建立特征關(guān)系來進(jìn)行整合。影像匹配會獲取大量同名點，而同名點是參與空三測量的關(guān)鍵因素，因此影像匹配的精度對空三測量精度有著直接的影響。③密集匹配。密集匹配旨在生成密集點云，一般使用多視影像密集匹配技術(shù)。無人機傾斜攝影使用的多角度拍攝會產(chǎn)生許多點云信息，其中的冗余信息可以起到糾正錯誤匹配的效果，進(jìn)而使獲得的點云數(shù)據(jù)更加精確，此外多視角的拍攝對于拍攝盲區(qū)的特征能夠起到較好的彌補效果。

（二）地形圖成圖精度

當(dāng)三維模型的精度符合地形圖生成的要求時，三維模型地形圖繪制精度體現(xiàn)為同一點在三維模型之上的重復(fù)測量值之間的吻合程度，也可認(rèn)為是各測量值與中值的相近程度。重復(fù)測量值的吻合度越高，則精度越高；重復(fù)測量值越分散，則精度越低。有兩種方法可以用于分析以三維模型為地圖繪制而出的地形圖的精度，一是利用傳統(tǒng)測量方法繪制的地形圖與前者進(jìn)行對比分析，二是利用地物檢查點對其進(jìn)行分析。若繪制的地形圖精度不夠，則需分析誤差來源，進(jìn)行矯正。

（三）利用三維模型繪制地形圖精度控制措施

首先，對地物進(jìn)行識別。在正攝影像中地物被遮擋而無法進(jìn)行清晰識別時，應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)三維模型觀察被遮擋地物以進(jìn)行辨認(rèn)。其次，結(jié)合二維模型與三維模型進(jìn)行地形圖繪制，此措施目的是在正攝影像中獲取一點平面坐標(biāo)的同時，在三維模型中獲取其高程坐標(biāo)，這樣繪制的地形圖精度比單純在三維模型中繪制的地形圖精度更高。此外，應(yīng)當(dāng)為地形圖中的地物、地形添加屬性，例如房屋層數(shù)等。總的來說，二維正攝影像所獲取的平面精度更高，三維模型下能夠繪制出正攝影響難以識別的地物以及被遮擋的地物。

四、總結(jié)

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術(shù)作為一項近年來才發(fā)展起來的技術(shù)，其優(yōu)勢已經(jīng)較為明顯，在成本上以及效率上都勝過傳統(tǒng)測量技術(shù)，將其應(yīng)用在大比例地形圖的測繪中能夠縮短工期、降低成本，并提高地形圖的成圖精度，但該技術(shù)仍有一定的局限性以及使用時需注意的地方，在實際應(yīng)用的過程中應(yīng)當(dāng)對這項技術(shù)進(jìn)行充分的了解。