大比例尺地形圖測量中無人機傾斜攝影測量應用

申睿卿

（甘肅省自然資源行業職業技能鑒定指導中心，甘肅 蘭州 730000）

對于空間地理而言，在任何領域的發展過程中都扮演著重要的角色，同時，隨著社會經濟的不斷進步，相關行業對大比例尺地形圖的測繪提出了更高的標準要求。對于傳統的大比例尺地形圖測繪工程而言，其存在準確率低、繪圖周期長、成本高等缺點，因此，這就需要行業內的工作人員對測繪技術進行不斷的改進與創新[1]。近幾年來，無人機技術得到了快速發展，同時也在大比例尺地形圖測繪過程中得到了廣泛的應用并取得了良好的效果，進而推動了大比例尺地形圖測繪行業的健康穩定發展。

1 無人機傾斜攝影的基本原理

對于無人機傾斜攝影技術而言，其基本原理是指：將多臺高分辨率的相機安裝在無人機飛行的平面上，由此構成系統性的采集影像設備，這樣就能對地面區域的影像進行采集。一般而言，無人機在高空作業時均會從豎直與傾斜兩個方向對目標加以信息采集，并且，當前每臺無人機均安裝有無鏡頭攝影程序，該程序可以和無人機中的IMU系統、衛生定位系統進行有效配合，然后經過對應的軟件進行技術處理，就能將目標區域的數據轉換成表面模型數字影像，并最終生成立體模型。

2 無人機傾斜攝影的核心技術

2.1 多視影像聯合平差

對于無人機傾斜攝影而言，多視影像聯合平差是一項關鍵技術，具體包括垂直攝影影像與傾斜攝影影像兩個方面。目前，多視影像聯合平差技術區域網的平差主要分為無約束、有附加約束以及直接定向的傾斜影像這三個部分。

2.2 多視影像的密集匹配

對于在大比例地形圖測量過程中使用無人機傾斜攝影測量技術而言，其相比于傳統的無人機垂直射影技術，能夠有效克服由于分辨率與地形變動太大而致使影像不夠清楚的問題[2]。為此，若操作者僅運用常規的匹配模式，不但不能取得準確并且理想的匹配成效，還難以得到精準的模型構建同名像點。所以，不僅要結合測量區域的地形地貌環境，還要結合無人機傾斜攝影技術的發展現狀，制定合理的測量方案。近幾年來，行業內的技術人員對無人機傾斜攝影技術進行了不斷的改進與創新，在發展過程中使得無人機傾斜攝影技術實現了多視影像的密集匹配效果，這樣在一定程度上不僅能夠獲得高精度、高密度的地形數據，還能為三維模型的順利建立奠定良好的基礎。

2.3 三維模型的形成

在利用無人區對區域測量完成以后，技術人員要將無人機傾斜攝影素材進行處理，然后將處理結果導入軟件中，這樣就能夠進行立體模型的構建。通常狀況下，因為無人機傾斜攝影信息狀況形成的類別不一樣，為此把所生成的三維模型分成兩個類型，其一是以傾斜影像當作主紋理的模型，其二是以傾斜影像的全部信息再通過系統加工之后形成的立體模型。三維模型的形成過程如圖1所示。

3 三維模型測繪圖形成的流程

3.1 測量的控制

在利用無人機進行傾斜攝影測量活動以前，先調節無人機所有的指標，保證其處于理想的狀態，這樣才能提高數據測量的準確性，為三維模型準確、成功的構建奠定夯實的根基。為此，可從下述兩個層面提升無人機測量質量：第一，提升無人機管控點的測量精準度。第二，增添恰當數量的控制點。如果需要對房屋密集區域進行無人機傾斜攝影測量，那么要每隔150m設置一個控制點，而對于房屋相對稀疏的地區而言，可以每隔300m設置一個控制點[3]。

3.2 傾斜攝影影像的獲取和處理

就目前而言，對無人機傾斜攝影過程中使用到的傳感器鏡頭，其在市場上流通的主要為三鏡頭和五鏡頭這兩種形式。對于五鏡頭而言，其能夠對需要測量區域的前、后、左、右、垂直這五個角度進行攝影。然而，在實際攝影測量過程中，工作人員可以將這兩種鏡頭相互配合使用，結合不同區域的光照情況，選擇適當的曝光點對目標地加以圖像采集，如此便可以達成多維度攝影目標。在運用多視角攝影完畢之后，先要處理有關圖像，之后依據處理結果構建虛擬影像，之后在視野范疇內選取傾斜攝影影像，且把其體現到虛擬影像中。之后加工影像，將影像建筑物產生的凸起重影剪切。

圖1 三維模型的形成過程圖

3.3 對所得數據進行預處理

技術人員首先要對無人機傾斜攝影過程中測量的數據進行預處理，然后才能將這些數據進行三維建模。在數據預處理時，先要整體查看影像的健全度、清楚度、范圍、模糊水平，之后基于立體模型的構建標準對數據進行編輯。此外，在實際數據處理過程中，要排除光線因素帶來的干擾，這樣才能提高模型構建的精準性。

3.4 空三加密

通常狀況下，在使用無人機完成傾斜攝影測量任務的時候，均會運用智能空三加密系統。空三加密系統的具體應用流程分為以下幾個方面：第一，先將需要測量區域的位置信息和地面控制信息錄入到該系統內。第二，系統會智能剖析錄入的信息且智能化地把傾斜攝影時的連接點進行自動分配。第三，將連接點的權限進行檢查與核對。在此過程中，系統將存在偏差的連接點進行排除，最后達到平差的效果，從而提高測量的精準度。

3.5 三維模型的建立

在建立立體模型時，首先把無人機拍錄的圖像以及測量的相關數據傳輸到自動建模軟件當中，然后由自動建模軟件自動對數據進行建模。在此過程中，技術人員需要對多維度的影像與信息加以校對、平差，最后運用三角網對圖像中的特點加以創建，提升多視角影像的可視化水平，這樣就能構建完整的三維模型。

3.6 測繪大比例尺地形圖

在大比例尺地形圖測量時，若運用無人機傾斜攝影測量先進科技，那么可以利用EPS清華山維軟件，將構建好的三維實景模型導入軟件中，然后利用該三維模型對場景的全要素進行采集，在此過程中，就構成了一體的多視角三維測圖環境，并對圖像模擬的精度進行重建，確保在圖像中不會產生視角、分辨率、遮擋等局限。利用該軟件能夠在地形采集、屋檐改正、部件測量、地貌采集等方面達到真三維的環境，且數據采集精度較高，一定程度上不僅能夠在保證地圖繪制質量的基礎上提高效率，還能降低外業調繪的工作強度。此外，在使用EPS清華山維軟件平臺時，利用軟件平臺自身的數字化成圖功能就不需要測量者佩戴立體眼鏡，這就降低了對航測人員的技術要求。同時，該軟件存在圖形管理模式，能夠對數據庫進行精準且簡潔的管理，與CAD圖形編輯功能相似，不僅能夠獲得精準的數據，還能為工作人員提供便利。

4 無人機傾斜攝影技術的應用要點

（1）針對在大比例尺地形圖測量期間運用無人機傾斜攝影測量技術而言，其可能會產生建筑物自遮擋和被遮擋這兩種現象。如果需要對橋梁的路線地形圖進行測量且在測量過程中被諸多植物遮住，那么技術工作者可采用多維度攝影與反復飛行攝錄的方法，降低被植物遮擋現象發生的概率。

（2）對于無人機傾斜攝影技術而言，其在黑暗的情況下作業的效率就會受到限制。因此，在對大比例地形圖測量過程中，要求技術人員在白天或光線較好的情況下駕駛無人機采用傾斜攝影技術對其進行測量。

（3）一般而言，無人機在飛行過程中不是處于平穩的狀態，一般都會因電機的轉動而產生抖動現象，一旦發生抖動問題，便會讓像素發生位置移動問題，進而致使攝影圖像不清晰。為此，在運用無人機傾斜攝影測量技術測量大比例尺地形圖時，通常要把無人機的像素設定在四分之一像素之下，如此才可以改變圖像不清晰的問題。

（4）在攝錄目標區域圖像時，其主要需要對建筑物的側面進行采集，因此，這就需要工作人員駕駛無人機對建筑進行定點測量和數據采集。然而，在采集過程中，難免會產生工作人員操作不當的問題，為此，不但要不斷更新無人機傾斜攝影技術，還應當對相關操作人員進行業務培訓。

5 結語

綜上所述，隨著社會經濟的不斷進步，科學技術的快速發展，城市在發展過程中也在逐漸向著數字化的方向進行轉變。目前，由于無人機傾斜攝影技術存在精準、效率高、應用范圍廣等優勢，在多個領域都得以大范圍運用。為此，有關從業者應當持續改進與創新無人機傾斜攝影技術，這樣才能促進大比例尺地形圖測量行業的健康快速發展。