無人機傾斜攝影測量技術在城市基礎測繪中的應用

李睿鑫

泰州市地理信息測繪院（225300）

無人機是測繪工作中常用的測繪工具，可以通過高空拍攝觀測的技術優勢，全方位反映物體各方面屬性，包含高度、位置、外觀等。其中，無人機傾斜攝影測量技術更是隨著行業相關技術的發展，逐漸受到業內青睞，并加以推廣，可以用最快速度完成對影像數據的采集，提高三維建模的自動化水平。傾斜攝影得到的可量測影像數據，可以直接讀取空間位置信息，有DLG、TDOM、DOM、DSM等不同形式[1]。當前技術發展背景下，無人機傾斜攝影測量技術在城市基礎測繪中，尚有較大的開發潛力，未來需要在明確規定的國家技術標準下，不斷優化技術，從而更好發揮技術的價值。

1 無人機傾斜攝影系統

無人機在當前測繪行業應用較多，技術相對成熟，市場種類繁多。如果以動力系統區分，無人機主要包含電池動力與內燃機動力兩種。以飛行方式區分，無人機主要包含旋翼與固定翼。旋翼無人機又可依照數量的多少，細分為單旋翼與多旋翼。電池動力的成像質量較之內燃機動力更好，固定翼的續航性能與作業效率較之旋翼更優。旋翼相較于固定翼，則具備更好的穩定性[2]。鑒于每個無人機都有不同的用途，因此性能標準存在一定差異。用于測繪的無人機，相較于其他類型無人機，無疑在飛行標準上更高，應具備更大載重能力，抗風等級應更高，巡航速度更快，同時具備更大續航，從而實現整體實用性的提升。具體而言，無人機載重下限不應低于2 kg，抗風等級應在4級風速以上，固定翼無人機巡航速度應超過每秒10 m，多旋翼無人機巡航速度應為6 m/s。在續航方面，內燃機動力類型無人機巡航時間應超過60 min，電池動力類型應超過25 min；升限應超過1 000 m，海拔應在3 000 m以上。

無人機傾斜攝影測量技術對傾斜相機有一定程度的性能要求。《低空數字航空攝影規范》明確規定，垂直攝影的成片傾角應在5°以下，即使條件特殊，也不能超過12°。當前無人機傾斜攝影測量技術已經有了較大發展，傾斜攝影的范圍相較過去也有所拓寬，傾角15°以上的都可以算為傾斜攝影，而且沒有具體規定相機鏡頭數量。無人機傾斜攝影的技術指標是角度影像獲取能力、單架次作業深度與廣度。相關標準要求，無人機航拍攝影鏡頭像素應在3 500萬以上，而在傾斜攝影中，可以取消限定單個相機像素的規定，僅控制曝光影像像素即可。至于如何確定傾斜相機自身性能，則可以聚焦于POS記錄功能、續航性能、曝光功能、拍攝時間、影像成品質量等方面[3]。

2 無人機傾斜攝影測量技術原理

無人機傾斜攝影測量技術是在一個無人機上裝設一定數量的鏡頭和傳感器，當前以五鏡頭相機應用較多。在同一時間，采集影像的不同角度（傾斜或垂直方向），從而提高物體信息的完整性。以垂直方向拍攝的影像為正片，為一組影像，若鏡頭方向和地面形成一定夾角，此時的影像則為斜片，為四組影像。無人機傾斜攝影測量技術可滿足多角度采集信息的要求，和影像POS信息、控制點相配合，會在影像不同點位上生成三維坐標，借助影像數據就可以完成量測點線面的任務，測量精度可達厘米級，形成三維地理信息模型，從而方便測量人員對地理信息進行讀取，完成建筑物的測量工作。

無人機傾斜攝影測量技術獲取的影像，其中的環境信息都是極其真實且豐富的，可以深度挖掘影像信息中的各項數據，不僅不會產生較大成本，而且效率較高，可以方便測繪人員靈活操作，且保證理想的數據準確性，對測繪內業和外業之間工作協同性的提升大有裨益，也能避免惡劣天氣因素對人工測繪造成的負面影響[4]。

由于無人機傾斜攝影測量技術獲得的影像是三維的，因此符合數字城市發展的大勢所趨，可以在城市規劃和基建方面作出突出的貢獻。從某種意義上說，無人機傾斜攝影測量技術令遙感影像適用范圍得到了極大拓展，可減少傳統航空攝影只能基于正向角度對影像件進行采集和獲取的弊端，即使從多個角度獲取影像信息，也能保證較高分辨率。

無人機傾斜攝影測量技術可以提高人員視覺城市場景的真實性，在GNSS技術的基礎上，在城市地理信息框架中，通過三維城市建模的方式，進一步保證地理信息的豐富性，從而令三維城市建模成本進一步降低，保證用戶體驗不受影響。

3 無人機傾斜攝影測量技術在城市規劃中的價值

數字城市是數字地球的重要組成元素，可以將城市各類信息和地理信息有效結合，在計算機網絡上存儲，供用戶自由訪問，形成城市之間互聯的虛擬空間。這可以充分發揮無人機傾斜攝影測量技術的優勢，通過軟件生成點云，完成模型的建造過程，相較于傳統測量方法，不僅有效提高了運行效率，而且可獲得更加精確的影像，在利用無人機載體的前提下，完成三維空間數據的采集，快速完成城市三維模型的構建。城市規劃信息的采集，主要包含以下方面[5-6]。

3.1 數字線劃圖

城市環境圖件的重要形式就是數字線劃圖，可以為后續城市設計、城市管理和城市規劃工作打下基礎。城市數字線劃圖主要為城市建筑高程、屋頂矢量以及建筑外框信息，負責內業的工作人員可以結合屋頂坐標與建筑外框，形成白模。

3.2 城市測區劃分

城市測區的劃分需要以模型的相同或相似為基準，在編號或模型命名上加強統一性，從而有助于項目管理。

3.3 地物屬性表

地物屬性表可以針對地物名稱進行記錄，了解模型的名稱、編號、坐標、航速、航高、航向重疊現象等不同信息。

3.4 地物傾斜影像

地物傾斜影像指的是通過無人機傾斜攝影獲取的地物影像，以地物屬性信息為主，并應用同一文件夾存儲地物影像。

4 無人機傾斜攝影測量技術建設方案

4.1 無人機傾斜攝影

以35 mm定位正攝像機鏡頭焦距，其他4個鏡頭焦距為50 mm，以4.0～4.5 cm為標準設置地面分辨率。相機為手動模式，6.3的光圈，快門速度應在1/1 600~1/1 250 s，曝光量適中，在保證理想的影像質量同時，也可以和相移限制條件高度相符。5個鏡頭的方向包含前后、左右、下方等方向。處理正射影像數據時，可以基于下視鏡頭影像數據，完成高空三角測量。正射影像不能有太大反差，同時保證影像的清晰度達到要求。為滿足圖像信息的讀取要求，色彩應盡量豐富。同時，影像紋理應當清晰，不能有拉花或者變形等問題。

4.2 正射影像掛圖

正射影像掛圖以1∶3 500的標準控制比例尺的大小，130 cm×150 cm為掛圖規格。各事業單位、企業單位、政府機關、道路都會在影像掛圖上標注。

4.3 圖庫一體化采編

依靠三維EPS地理信息總系統，可以通過相應的程序，完成圖庫一體化采編、建筑以及其有關的附屬設施，都會列入三維模型數據的考慮范圍之內。如果某些建筑物建模質量不達標準，內業工作人員認為準時采集較難，應標注外業實測，后續進行核查。

5 結語

無人機傾斜攝影測量技術是測繪新技術的一種，可以基于不同角度獲取傾斜影像資料，提高影像采集的分辨率和清晰度，提高城市三維模型產品的精確程度，助力數字化城市的建設。