无人机倾斜摄影测量技术在城市基础测绘中的应用

李睿鑫

泰州市地理信息测绘院（225300）

无人机是测绘工作中常用的测绘工具，可以通过高空拍摄观测的技术优势，全方位反映物体各方面属性，包含高度、位置、外观等。其中，无人机倾斜摄影测量技术更是随着行业相关技术的发展，逐渐受到业内青睐，并加以推广，可以用最快速度完成对影像数据的采集，提高三维建模的自动化水平。倾斜摄影得到的可量测影像数据，可以直接读取空间位置信息，有DLG、TDOM、DOM、DSM等不同形式[1]。当前技术发展背景下，无人机倾斜摄影测量技术在城市基础测绘中，尚有较大的开发潜力，未来需要在明确规定的国家技术标准下，不断优化技术，从而更好发挥技术的价值。

1 无人机倾斜摄影系统

无人机在当前测绘行业应用较多，技术相对成熟，市场种类繁多。如果以动力系统区分，无人机主要包含电池动力与内燃机动力两种。以飞行方式区分，无人机主要包含旋翼与固定翼。旋翼无人机又可依照数量的多少，细分为单旋翼与多旋翼。电池动力的成像质量较之内燃机动力更好，固定翼的续航性能与作业效率较之旋翼更优。旋翼相较于固定翼，则具备更好的稳定性[2]。鉴于每个无人机都有不同的用途，因此性能标准存在一定差异。用于测绘的无人机，相较于其他类型无人机，无疑在飞行标准上更高，应具备更大载重能力，抗风等级应更高，巡航速度更快，同时具备更大续航，从而实现整体实用性的提升。具体而言，无人机载重下限不应低于2 kg，抗风等级应在4级风速以上，固定翼无人机巡航速度应超过每秒10 m，多旋翼无人机巡航速度应为6 m/s。在续航方面，内燃机动力类型无人机巡航时间应超过60 min，电池动力类型应超过25 min；升限应超过1 000 m，海拔应在3 000 m以上。

无人机倾斜摄影测量技术对倾斜相机有一定程度的性能要求。《低空数字航空摄影规范》明确规定，垂直摄影的成片倾角应在5°以下，即使条件特殊，也不能超过12°。当前无人机倾斜摄影测量技术已经有了较大发展，倾斜摄影的范围相较过去也有所拓宽，倾角15°以上的都可以算为倾斜摄影，而且没有具体规定相机镜头数量。无人机倾斜摄影的技术指标是角度影像获取能力、单架次作业深度与广度。相关标准要求，无人机航拍摄影镜头像素应在3 500万以上，而在倾斜摄影中，可以取消限定单个相机像素的规定，仅控制曝光影像像素即可。至于如何确定倾斜相机自身性能，则可以聚焦于POS记录功能、续航性能、曝光功能、拍摄时间、影像成品质量等方面[3]。

2 无人机倾斜摄影测量技术原理

无人机倾斜摄影测量技术是在一个无人机上装设一定数量的镜头和传感器，当前以五镜头相机应用较多。在同一时间，采集影像的不同角度（倾斜或垂直方向），从而提高物体信息的完整性。以垂直方向拍摄的影像为正片，为一组影像，若镜头方向和地面形成一定夹角，此时的影像则为斜片，为四组影像。无人机倾斜摄影测量技术可满足多角度采集信息的要求，和影像POS信息、控制点相配合，会在影像不同点位上生成三维坐标，借助影像数据就可以完成量测点线面的任务，测量精度可达厘米级，形成三维地理信息模型，从而方便测量人员对地理信息进行读取，完成建筑物的测量工作。

无人机倾斜摄影测量技术获取的影像，其中的环境信息都是极其真实且丰富的，可以深度挖掘影像信息中的各项数据，不仅不会产生较大成本，而且效率较高，可以方便测绘人员灵活操作，且保证理想的数据准确性，对测绘内业和外业之间工作协同性的提升大有裨益，也能避免恶劣天气因素对人工测绘造成的负面影响[4]。

由于无人机倾斜摄影测量技术获得的影像是三维的，因此符合数字城市发展的大势所趋，可以在城市规划和基建方面作出突出的贡献。从某种意义上说，无人机倾斜摄影测量技术令遥感影像适用范围得到了极大拓展，可减少传统航空摄影只能基于正向角度对影像件进行采集和获取的弊端，即使从多个角度获取影像信息，也能保证较高分辨率。

无人机倾斜摄影测量技术可以提高人员视觉城市场景的真实性，在GNSS技术的基础上，在城市地理信息框架中，通过三维城市建模的方式，进一步保证地理信息的丰富性，从而令三维城市建模成本进一步降低，保证用户体验不受影响。

3 无人机倾斜摄影测量技术在城市规划中的价值

数字城市是数字地球的重要组成元素，可以将城市各类信息和地理信息有效结合，在计算机网络上存储，供用户自由访问，形成城市之间互联的虚拟空间。这可以充分发挥无人机倾斜摄影测量技术的优势，通过软件生成点云，完成模型的建造过程，相较于传统测量方法，不仅有效提高了运行效率，而且可获得更加精确的影像，在利用无人机载体的前提下，完成三维空间数据的采集，快速完成城市三维模型的构建。城市规划信息的采集，主要包含以下方面[5-6]。

3.1 数字线划图

城市环境图件的重要形式就是数字线划图，可以为后续城市设计、城市管理和城市规划工作打下基础。城市数字线划图主要为城市建筑高程、屋顶矢量以及建筑外框信息，负责内业的工作人员可以结合屋顶坐标与建筑外框，形成白模。

3.2 城市测区划分

城市测区的划分需要以模型的相同或相似为基准，在编号或模型命名上加强统一性，从而有助于项目管理。

3.3 地物属性表

地物属性表可以针对地物名称进行记录，了解模型的名称、编号、坐标、航速、航高、航向重叠现象等不同信息。

3.4 地物倾斜影像

地物倾斜影像指的是通过无人机倾斜摄影获取的地物影像，以地物属性信息为主，并应用同一文件夹存储地物影像。

4 无人机倾斜摄影测量技术建设方案

4.1 无人机倾斜摄影

以35 mm定位正摄像机镜头焦距，其他4个镜头焦距为50 mm，以4.0～4.5 cm为标准设置地面分辨率。相机为手动模式，6.3的光圈，快门速度应在1/1 600~1/1 250 s，曝光量适中，在保证理想的影像质量同时，也可以和相移限制条件高度相符。5个镜头的方向包含前后、左右、下方等方向。处理正射影像数据时，可以基于下视镜头影像数据，完成高空三角测量。正射影像不能有太大反差，同时保证影像的清晰度达到要求。为满足图像信息的读取要求，色彩应尽量丰富。同时，影像纹理应当清晰，不能有拉花或者变形等问题。

4.2 正射影像挂图

正射影像挂图以1∶3 500的标准控制比例尺的大小，130 cm×150 cm为挂图规格。各事业单位、企业单位、政府机关、道路都会在影像挂图上标注。

4.3 图库一体化采编

依靠三维EPS地理信息总系统，可以通过相应的程序，完成图库一体化采编、建筑以及其有关的附属设施，都会列入三维模型数据的考虑范围之内。如果某些建筑物建模质量不达标准，内业工作人员认为准时采集较难，应标注外业实测，后续进行核查。

5 结语

无人机倾斜摄影测量技术是测绘新技术的一种，可以基于不同角度获取倾斜影像资料，提高影像采集的分辨率和清晰度，提高城市三维模型产品的精确程度，助力数字化城市的建设。