无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用

陶丹丹， 曾 兔

(江西省煤田地质局测绘大队，江西 南昌 330000)

无人机倾斜摄影技术是在无人机技术、GPS定位技术、通讯技术、倾斜航空摄影技术等基础上发展起来的新兴测绘技术，与传统的摄影技术相比，无人机倾斜摄影技术具有明显的优势，因其具有成图快、精度高等优点，广泛地应用于我国地形图测绘、建筑工程测量、水利水电测量等领域，取得了较好的应用效果。

1 无人机倾斜摄影技术概况

倾斜摄影技术发展于传统的有人飞机上，早期并未应用于测绘领域，仅以采集建筑立面的纹理信息为主要目的。随着图像匹配技术和融合技术的快速发展，无人机倾斜摄影技术逐渐应用于大比例尺地形图测绘等方面。倾斜摄影测量技术的航摄系统一般由HM2200无人机、HO1300无人机、HO1600无人机搭配飞行，在无人机中装载南方测绘倾斜数字航空摄影相机，配套安装航摄计划设计软件、机载定位系统和飞行管理系统等。无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用流程见图1。

图1 无人机倾斜摄影技术工作流程示意

2 无人机倾斜摄影技术的优势分析

与传统的摄影技术相比，无人机倾斜摄影技术具有明显的优势，主要体现在以下几个方面：(1)能够从多角度获取摄影目标物的影像，与正射影像相比，该技术能够从多方位观察目标物，能够快速的实现目标物侧面纹理信息的获取，有效的弥补了正射影像仅从直射方向获取目标物信息的缺点，且该技术获得的数据信息更适合于建设三维数字城市等，降低了建设三维模型的成本；(2)实现了单张影像量测，借助相应的处理软件系统实现了单张影像中高度、角度、面积、长度、坡度等信息的获取；(3)获得的倾斜影像分辨率更高，影像色调、纹理更清晰，有助于更真实的还原目标物的实际面貌；(4)与GIS技术数据相比，倾斜摄影技术获得的数据量小，便于网络化应用，有助于推动数据共享建设进程；(5)简单、高效生产DEM、DOM，该技术在数据采集过程中具有高的采集效率和精度，提高了生产DEM、DOM等的效率。

3 无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用

3.1 外业倾斜摄影航线设计

外业倾斜摄影航线设计是无人机倾斜摄影技术在测绘领域中应用的基础，在航线设计过程中，将无人机的飞行高度、分辨率要求等详细信息标注在设计图中。本文以某测绘区域为例，旁向重叠度选择70%，航向重叠度选择75%。

3.2 无人机数据处理软件及优势分析

本文所使用的数据处理软件为SouthUAV空三软件，该软件具有以下几点优势：(1)该技术能够提供在线自检校功能；(2)实现了低空影像自动空中三角控制平差处理等；(3)实现了自动、人工、自动—人工三种建模方式；(4)可获得精度高的点云数据、三维模型图、空三加密成果等；(5)能够高效的生成DEM、DOM等成果；(6)能够融合多种软件进行配套使用，如CASS、JX-4、VirtuoZo等软件，拓宽了影像应用范围；(7)显著的提高了运算速度。此外，该技术可以利用南方影像处理云平台，使用“云”里的信息为客户提供服务，实现对于云计算平台资源的管理、硬件及应用系统的性能和故障监控。云服务提供：面向云服务消费者，提供统一登陆界面和访问；通过虚拟化技术进行整合，形成一个对外提供资源的池化管理(包括内存池、服务池、储存池等)，同时通过云平台的管理，对外提供运行环境等基础服务；提供数据挖掘、数据分析和数据展现工具，实现“一键处理”，整合成三维成果，节约人力成本，大大提高作业效率。

3.3 地面GPS同步观测

(1)地面GPS布设。为保证数字相机系统和机载GPS/IMU系统技术的实施，在测量范围内有利的区域布设GPS接收机，便于同步进行GPS观测并获得相应的观测数据，在完成后对其进行GPS解算，判断其精度是否能够满足基本要求。

(2)GPS接收机与观测。在完成GPS观测站建设的基础上，进行同步数据的观测，需要满足一下几点内容：(1)GPS接收机采用双频仪器，且精度越高越好，采集数据间隔为1 s；(2)在观测过程中要配备充足的电源，确保观测过程中供电不间断；(3)在无人机飞行前，需要进行至少8 min的同步初始化测量后才能进行飞行摄影；④无人机返回后，也要进行至少8 min的静态测量后才能结束本次测量工作。

3.4 POS数据处理

(1)文件处理。在无人机航空摄影过程中产生了大量的文件数据，包括了相机的曝光信息、GPS设站点的伪距坐标、飞行时间信息等。因此，在文件数据处理过程中将无用数据剔除掉，即在无人机整个飞行过程中，对所记录的内容进行适当的数据处理，将相机曝光时刻的Mark记录与文件中的曝光记录相对应一致，为后期POS数据的处理奠定基础。

(2)GPS数据处理。GPS数据的处理是实现倾斜摄影数据处理的基础，将原始数据下载后进行预处理工作，把原始数据的DAT文件转换成为具有统一格式的O文件和N文件，将数据中的出发事件TXT文件分离出来，为后期开展GPS精确处理和Mark点内插提供基础。

3.5 倾斜摄影质量控制

倾斜摄影质量的控制是提高无人机倾斜摄影质量的有效措施，主要包含了数据获取质量控制和POS数据质量控制两方面。

3.5.1 数据获取质量控制

数据获取质量控制包含了摄影时间控制、飞行质量控制、影像质量控制和补摄与重摄等内容。其中，摄影时间控制，即在摄影过程中要选择合适的时间段，精确计算太阳高度角对影像摄影的影像作用，一般选择10时至14时进行相应的工作。飞行质量控制，在不影响正常影像数据处理的前提下，旁向重叠度应大于像片范围的15%，所获得的影像数据才能视为合格；航向重叠区域应至少超过边界一条基线，本文所举实例的垂向重叠度为70%，航向重叠度为75%，满足了基本要求；在无人机飞行过程中，旋偏角应小于15°，在像片重叠区域的旋偏角应小于25°。影像质量控制是影响后期影像数据处理质量的决定因素，因此，在获得影像后要检查影像的反差是否适中，像片颜色的饱和程度，色调是否一致等，检查像片的层次是否分明，分辨率能否达到设计分辨率要求等内容。补摄与重摄，在无人机进行倾斜摄影过程中，难免出现摄影影像不达标，出现漏洞等问题，对于已出现的漏洞或缺陷要及时进行补摄或重摄工作，且必须严格按照航线飞行设计进行，长度要满足区域网加密布点的要求；此外，在补摄与重摄过程中使用同一类型的数字航摄仪，可以消除系统误差。

3.5.2 POS数据质量控制

POS数据质量是影响倾斜摄影质量的关键环节，在倾斜摄影数据获取后要及时检查地面基站GPS数据是否存在异常，对于出现异常的数据及时查找原因并将其处理；及时检查机载GPS数据是否出现失锁现象，若存在，则需要记录失锁的时间段和区间，进而判断是否需要进行补摄或重摄；要检查IMU数据的连续性，对于不连续的数据要及时分析并处理；判断测量精度是否满足设计要求，对于不符合要求的，需要重摄。

4 结语

无人机倾斜技术在现代化测绘领域中具有广泛的应用，经过大量社会实践表明，该技术能够满足大比例尺地形图测绘、建筑工程测量、水利水电工程测量等领域的精度要求，能够满足社会发展的基本需要。因此，可以进行大规模推广使用。本文以无人机摄影技术为研究对象，介绍了该技术在测绘工程中的应用，旨在推动该技术在测绘工程领域中的应用。