無人機傾斜攝影測量技術的應用探索

董娟 李惠玲 張慶

1.德州市自然資源局，山東 德州

2.連云港市高克勘察測繪有限公司，江蘇 連云港

3.山東國鑫環保科技有限公司，山東 德州

在過去幾十年里，地理信息技術在各個領域的應用取得了顯著進展。特別是隨著無人機技術的發展，無人機傾斜攝影測量技術逐漸成為地理信息等領域的熱點研究方向[1]。

1 無人機傾斜攝影測量技術的優勢

無人機傾斜攝影測量，即在無人機上搭載高精度多角度測量相機，實現從不同的角度采集影像數據，獲取到豐富的地物信息，再通過數據處理，使其適用于需要快速反饋的應用場景。傳統的航空攝影測量通常需要昂貴的飛行器和設備，限制了其在一些特殊場景下的應用，而無人機傾斜攝影測量技術以其靈活性、高效性和經濟性，突破了傳統測量的限制，為地理信息數據的采集與處理提供了全新的解決方案。首先，其靈活性與高效性使其擺脫了傳統航空攝影的限制，不需要固定航線和昂貴的設備，無人機能夠靈活飛行并高效地進行數據采集。其次，相較于傳統航空攝影，無人機傾斜攝影測量的成本較低，無需雇傭昂貴的飛行器和乘員。此外，無人機的應用能夠降低人員參與和操作風險，特別適用于在危險或難以到達的區域進行數據采集。傾斜攝影技術還能提供更高的空間分辨率和更好的地物形態表現，從而提高了建模和測量的精度。最后，無人機傾斜攝影數據可以進行實時處理，即時獲取建模和測量結果，使其適用于需要快速反饋的應用場景。基于以上所述，無人機傾斜攝影測量技術在多個方面展現出了突出的優勢，為在地理信息等領域使用帶來了新的可能性。

2 在地理信息中的應用

在數字地圖制作與更新、地表三維重建以及環境監測與災害評估等方面，無人機傾斜攝影測量技術帶來了更高效、精確、安全的數據獲取和分析手段，推動了地理信息科技的不斷進步與發展。

2.1 數字地圖制作與更新

通過無人機傾斜攝影測量技術，可以高效地獲取大面積地區的影像數據，從而制作或更新數字地圖。這些數字地圖具有更高的空間分辨率和更真實的地物形態表現，為地理信息系統（GIS）提供了更精準、實用的地圖數據。

2.2 地表三維重建

傾斜攝影技術能夠獲取多角度的影像數據，結合地面控制點與慣性導航系統等輔助技術，可以實現地表三維重建。通過該技術獲取的三維地表模型，為城市規劃、土地管理、建筑設計等方面提供了全新的空間分析與決策支持。

2.3 環境監測與災害評估

進行環境監測與災害評估，尤其在人員難以到達的地區。無人機傾斜攝影測量技術可以通過實時采集傾斜影像，對自然災害（如洪水、地質災害等）造成的影響進行快速評估，有助于及早采取相應的救援和防范措施。

3 在測繪與建筑中的應用

3.1 城市規劃與土地管理

借助該項技術，可以高效獲取城市及周邊地區的大范圍影像數據，實現對城市用地現狀和土地利用情況的快速調查和準確分析。這為城市規劃決策提供了重要支持，幫助規劃者更好地了解城市發展狀況，優化土地利用，合理規劃城市空間結構。

3.2 建筑物立面測量與模型生成

該技術能夠獲取建筑物立面的多角度影像，通過對影像數據進行處理和分析，可以精確測量建筑物的高度、寬度和形狀等參數，實現建筑物立面的三維建模[2]。對于城市建筑物的評估、規劃、維護和保護等方面具有重要意義。

3.3 建筑工地監測與管理

在建筑工地施工過程中，該技術可以定期進行監測，快速獲取施工現場的影像數據，對工地進度和施工質量進行實時監控與評估[3]。同時，無人機傾斜攝影還可以輔助施工管理，提供更全面的視角，幫助解決工地管理中的問題。

4 在農業中的應用

4.1 農田規劃與作物監測

通過該技術可以對農田進行高精度的地圖制作和更新，幫助農業規劃者了解土地利用情況，合理規劃農作物種植布局。此外，還可以實現農作物的高分辨率監測，包括生長情況、病蟲害發生等，為農民提供及時的農作物管理決策支持。

4.2 農作物健康狀況評估

該技術結合多光譜或紅外傳感器，可以對農作物進行健康狀況評估。通過對作物的光譜數據進行分析，可以快速檢測作物的營養狀況和植被指數等，早期發現作物的生長異常或病蟲害問題，有助于精準調控農作物的施肥和防治措施。

4.3 農藥施用與精準農業

利用該技術獲取的高分辨率影像數據，可以幫助農民實現農藥的精準施用。通過對農作物生長情況和病蟲害分布的分析，可以精確判斷施藥的區域和用量，降低農藥的使用量，減少對環境的影響，提高農作物產量和質量。

5 無人機傾斜攝影測量技術的數據處理與精度控制

5.1 數據采集與預處理

在進行無人機傾斜攝影測量時，首先需要使用無人機搭載的傾斜攝影設備飛行并獲取傾斜影像數據。采集的影像數據可能受到飛行姿態、風速、光照條件等因素影響，因此在進行后續處理前，需要對數據進行預處理，包括去除畸變、去除重疊區域等，確保數據的準確性和一致性。

5.2 特征提取與匹配

特征提取是指從無人機傾斜攝影數據中提取出顯著的地物特征，如建筑物的角點、道路的交叉口等。特征匹配是指在不同影像之間尋找相同地物特征點的過程[4]。特征提取與匹配是實現影像間配準和三維重建的關鍵步驟，通過對特征點的提取和匹配，可以建立影像間的對應關系，從而實現影像的融合和拼接。

5.3 數據配準與精度評估

數據配準是將采集的多個傾斜影像進行準確的對準，使得它們在同一坐標系下進行比較和分析。數據配準通常涉及到飛行器姿態校正、影像坐標轉換、地面控制點配準等過程。精度評估是對傾斜攝影測量結果進行精度分析，驗證測量結果的準確性和可靠性。通過精度評估，可以評估無人機傾斜攝影測量技術的測量精度，并對數據進行后續分析和應用提供可靠依據。

6 挑戰與未來發展方向

6.1 技術挑戰

在無人機傾斜攝影測量技術中，數據處理與算法優化、多傳感器融合與定位精度，以及復雜場景下的數據配準是面臨的主要技術挑戰。數據處理過程涉及大量影像數據，因此需要研究更快速、更精確的算法來高效處理數據，包括特征提取和匹配，以提高數據處理的效率和精度。在傾斜攝影測量中，常常需要融合多種傳感器數據，如慣性導航系統、全球導航衛星系統（GNSS）、激光雷達等，如何有效地融合這些不同傳感器的數據，并提高定位精度，是一個具有挑戰性的問題。此外，在復雜的地形和建筑物場景下，數據配準和特征匹配變得更加復雜，由于地形高差和建筑物遮擋等因素引起的影像匹配問題也需要解決，以提高數據配準的精度。因此，技術發展將著重于數據處理與算法優化、多傳感器融合與定位精度，復雜場景下的數據配準，支持進一步提升無人機傾斜攝影測量技術和拓展應用場景是面臨的挑戰。

6.2 未來發展方向

該技術未來將著重于實現無人機傾斜攝影測量技術的自動化和智能化，通過引入人工智能、深度學習等技術，實現數據處理、特征提取和匹配等關鍵步驟的自動化，從而減輕操作人員的工作負擔，提高效率和精度。未來的發展方向還將注重無人機傾斜攝影測量技術在復雜環境和極端氣候條件下的適應性。持續改進傳感器和無人機設計，使其能夠在復雜地形和惡劣氣候條件下穩定工作，提高技術的魯棒性和可靠性，以應對各種挑戰和應用需求。

綜上，未來無人機傾斜攝影測量技術將朝著自動化、智能化、精度提升、多模態融合和環境適應性等方向發展，為地理信息等領域帶來更廣闊的應用前景和發展空間。

7 結論

無人機傾斜攝影測量技術作為一種快速、高效、精準的地理信息獲取手段，通過對該技術進行應用探索，在數字地圖制作與更新、城市規劃與土地管理、農田規劃與作物監測、環境監測與災害評估等領域，測量能夠提供高質量、高精度的數據支持，推動了這些領域的科學研究和實踐應用邁上新的臺階。通過持續的研究和創新，相信無人機傾斜攝影測量技術將帶來更多新的可能性，為社會發展和生態環境保護做出更大貢獻。