无人机倾斜摄影测量技术在测绘工程中的应用

姜统民

摘要：随着无人机倾斜摄影测量技术的发展，它以其获取地面信息快速、准确的特点，被广泛应用于大比例尺地形图测绘工程中。它为大比例尺地形图测绘项目提供了满足精度要求的信息数据，有效地解决了传统测绘领域工作量大、工程造价高、效率低、工作周期长的问题，进一步提高了大比例尺地形图测绘的生产效率。

关键词：无人机倾斜;摄影测量技术;测绘工程;的应用

导言：在21世纪的现代社会，无论是人们的日常生活还是各行各业的发展都受到了科学技术发展的深刻影响，产生了重大而深远的变化。其中，倾斜摄影测量是随着科学技术的发展而产生的一门重要科学技术。它是通过同一飞行平台配备多个传感器同步采集图像，获取实物信息，广泛应用于经济建设的诸多领域，充分发挥其优势。随着倾斜摄影测量技术的发展，对航空摄影的效率、清晰度、分辨率等方面提出了更高的要求，推动了倾斜摄影测量技术的创新和向无人机倾斜摄影测量的转变。无人机倾斜摄影测量的出现，极大地拓展了摄影测量的应用范围。

1无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术是在无人机上搭载影像采集传感器， 并且同时从垂直和4个倾斜的方向采集出5个不同角度的影像， 拍摄出一个真实直观的世界。伴随着无人机技术的高速发展， 相关行业对无人机所具备的垂直摄影技能和倾斜摄影技能进行广泛使用。通过对无人机的这2种技术进行对比发现， 无人机倾斜技术可以在各种角度获取高分辨率的影像信息， 还能自动生成数字三维模型， 并非常广泛地应用到城市管理、应急救灾抢险和建设智慧数字城市过程中。对比传统正射摄影测量技术， 再也不用佩戴立体观测眼镜开展测图工作。

2倾斜摄影测量原理及特点

2.1 倾斜摄影测量原理

无人机倾斜摄影测量技术的原理就是在无人机飞行平台上， 通过多个数码相机， 以垂直或者倾斜等多种角度来对地物进行拍摄。而在拍摄过程中， 比较常用的五镜头倾斜摄影系统充分结合了无人机平台的GPS/IMU系统， 由此来获得POS数据以及相关图像控制点的数据， 然后再通过相应软件来对数字表明模型和数字正摄影图像和3D模型进行有效地处理。

2.2 倾斜摄影测量技术特点

一是图像的立体效果更逼真，人的感知能反映在更逼真的状态;其次，可以为建模提供更真实、更丰富的纹理信息;三是能够全面实现高精度测量。另外，无人机完全可以实现低空遥感作业，不仅操作相对简单，而且操作性较强，图像采集周期大大缩短。由此我们可以看出，无人机倾斜摄影测量技术获取真实的三维模型，同时利用矢量制图平台获取地形图所需的相关要素，可以大大改变传统测量技术的缺点，在很大程度上提高了测量的效率和质量。为工程建设的顺利开展提供了更有效的数据支持。

2.3倾斜摄像机性能要求

在倾斜摄影测量系统中，镜头的数量和种类很多，不仅是多镜头，单镜头也可以从不同角度获取图像，可以实现单架次作业的广度和深度。一般无人机进行航测时，其像素控制在3600万（全画幅）以上。由于倾斜摄影技术控制一次曝光获得的图像像素，因此在测量过程中单个相机的像素不能固定，但是工作时间、电池寿命、曝光功能和图像采集功能都会受到限制，尽管由于成本的原因，设备曝光可以得到更好更高的像素，需要适当控制。一般情况下，单个镜头的像素应该控制在2400万以上，曝光的像素也应该控制在1.2亿。另外，为了满足特定条件下的测量需要，相机的工作时间应控制在90分钟以上，并应保证能够全天工作。目前随着无人机技术的发展，无人机可以给相机供电，大大提高了作业效率，而且具有曝光时间短功能的相机更能完全满足影响重叠的具体要求。

3无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用

3.1 航线设计

由于无人机倾斜摄影具有多角度的特点，因此，通过对无人机飞行高度、镜头焦距、摄影倾斜的角度以及镜头的分辨率等数据进行计算，可以提升数据分析的准确性，从而为航线设计工作提供帮助。

3.2地面观测

地面观测是测绘工作的关键环节之一。地面观测环节不仅需要观测地面的平面特征，还需要观测地面的状态、地面上的物体以及起伏地面的高差。然而，传统的正射影像只能从顶部获取信息，很难观测到与地面高度有关的数据。倾斜摄影测量技术可以通过多角度摄影获得地面高度变化的信息。这种高差信息可以帮助测量人员对地面不同高度的目标进行分析，使分析结果更加详细，提高测绘分析水平。

3.3 GPS部署

GPS布设是测绘工程中的一个关键问题。通过GPS布设，可以实现无人机摄像头数据的同步，提高工作效率，这对GPS布设的精度提出了更高的要求。另外，GPS布设完成后，需要接收信号，这是在GPS布设的基础上完成的，以便接收来自无人机的测绘数据。在接收到信号之前，必须确保无人机的电源充足。然而，由于信息密度有限，传统的正射影像方法需要拍摄更大面积的目标，延长了拍摄时间，对无人机的供电提出了更高的要求[3]。倾斜摄影可以通过各种摄影模块在较少的拍摄时间内完成多角度摄影，缩短了摄影所需的时间。这样可以降低无人机的供电压力，扩大无人机的拍摄范围，提高GPS部署效率。

3.4数据处理

在无人机拍摄后，有必要对拍摄数据进行处理，为后续的工作打下基础。与传统的摄影技术相比，倾斜摄影技术可以从多个角度获取被测目标的信息，增加了数据处理的工作量。多角度数据可以為数据处理工作提供更多的参考，从而提高数据处理工作的效率。

另外，装备倾斜摄影测量技术的无人机一般都配备了预处理系统。无人机的预处理系统可以在完成摄影后对数据进行简单地处理。预处理系统可以消除采集数据中的无效数据，从而降低POS后数据处理的难度，提高数据处理的速度和精度。

3.5质量控制

与传统的垂直摄影技术相比，倾斜摄影测量技术不仅具有更多的信息量，而且具有更好的质量控制，对高精度测绘有很大的帮助。倾斜摄影测量的质量控制主要包括两部分，一部分是数据采集过程中的质量控制，另一部分是数据本身的质量控制。

3.5.1 数据获取中的质量控制

无人机在摄影中需要取得大量的数据，因此，决定数据获取质量的影响因素很多，例如，摄影的时间、倾斜摄影的角度、摄影的高度、照片质量等。而倾斜摄影的方式可以将不同角度下所拍摄的影像进行比对，通过对不同角度下影像的重叠度进行分析，可以有效地保证测绘工程中无人机成像的质量。同时，结合预先设计好的航线，可以最大限度地保证所拍摄的影像的质量，在所拍摄的影像不符合测绘的要求时，可以及时地进行补拍，从而减小测绘工程中的误差。

3.5.2 数据质量控制

数据质量是决定测绘工程水平的关键，当无人机拍摄完毕后，需要借助POS对其所拍摄的数据进行处理，同时对GPS数据进行分析，以便对数据不连续的部分进行补全。而倾斜摄影在提升数据处理质量方面具有天然的优势，倾斜摄影方式获得的数据信息更加全面，因此，数据不连续的部分较少;同时信息密度较大的数据也可以显著提升数据补全工作的效率。

结束语

总之， 与传统的测量技术相比， 无人机倾斜摄影测量技术具有非常显著的优势， 其不仅影像的清晰度高， 而且所出的模型也更精细和真实， 因此能够更好地满足工程项目对建筑模型的需要。在三维模型构建完成以后， 技术人员还可以将其与地下管线工程进行有效地结合， 通过GIS、可视化以及三维仿真技术来对已建设完成的地下空间进行查询和展示， 由此来为工程建设提供更加精确的数据资料。

参考文献

[1]谭仁春， 李鹏鹏， 文琳， 潘澄.无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[J].测绘通报， 2016 （11） ：39-42.

[2]孙亮， 夏永华.基于无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的可行性研究[J].价值工程， 2017， 36 （8） ：209-212.

[3]赵宏， 杜明成， 吴俐民， 勾威， 郑莹岗， 赵雷， 靳晓兰.基于倾斜摄影测量技术的智慧城市5D产品制作工艺实现[J].测绘工程， 2016， 25 （9） ：73-76.

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