无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用

徐国成

山东汇德地理信息工程有限公司 山东济南 250000

我国北斗系统的成功应用推动了实时动态定位技术的快速发展，促进了无人机技术的不断拓展，如低空无人机倾斜摄影测量技术等的发展，推动了测绘技术的革新。与传统的航空测量技术相比，无人机技术具有操作简便、成本低、测量效率高的优势，将无人机与现代化定位技术、图像融合等技术相结合，能够快速地获取地面影像或者扫描点云数据，所获影像数据或点云数据不仅能够实现传统的二维地形测绘目的，还可以实现正射影像制作、三维实景模型制作。使用无人机倾斜摄影测量技术构建的三维实景模型具有制作效率高、人为干预因素少和模型场景逼真的优点。传统的三维建模以二维的地形图、高程信息和纹理贴图为主要实现途径，不仅需要大量的地形、高程数据，而且工作量大、工作效率低，但无人机倾斜摄影测量技术避免了上述缺陷，在三维实景建模中具有广阔的应用前景，尤其是随着“智慧化城市”“三维城市”建设理念的推进，三维实景建模是现代测绘发展的趋势之一。

1 倾斜摄影技术概述

1.1 无人机倾斜摄影技术的基本原理

无人机倾斜摄影技术突破了传统的航天航空摄影只能从单个垂直角度进行拍摄的技术壁垒，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器（目前常用的是五镜头相机），同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。

1.2 无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的优势

无人机倾斜摄影技术是利用无人机进行拍摄，航高较低，空域易申请，机动灵活，能够实现自动化三维模型数据采集，相比传统的测图技术提高了效率。无人机倾斜摄影技术的优势主要表现：①无人机可以多方位、近距离地获取地面物体的影像数据；②影像表达内容更多样丰富，邻近影像的重叠度高；③影像的匹配和建模自动化程度高，最大程度保证结果的精确度；

2 倾斜摄影应用的关键技术

倾斜摄影产业链中涉及诸多技术环节，除了硬件设备的研发，软件方面的关键技术集中于自动化建模技术和平台应用技术。目前自动化建模技术主要掌握在国外，国内有企业和科研院所正在攻关中，但尚未达到国产替代的程度。平台应用技术上国产软件则已经走到世界的前列。具体包括：海量数据加载技术、单体化技术、效果修补技术等。

（1）海量数据加载技术指的是倾斜摄影模型数据量往往非常庞大，1km2的数据量在0.5-2GB，这样中小城市的建成区就能达到几十乃至上百GB。不过好在倾斜摄影自动化建模软件可以输出标准的OSGB格式，且数据本身就自导了的LOD（金字塔层级结构）。利用数据自带的LOD，超图软件通过直接读取OSGB，并match运用LOD来优化调度，做到再大的数据量也可以实现瞬间加载，性能非常流畅。

（2）实景三维数据生产流程本文采用旋翼无人机进行研究区域的倾斜摄影测量，通过三维实景建模、空中三角加密处理后的航空摄影影像，获最终建模需要的原始影像数据，其具有以下特征：①摄影测量过程中实现了多角度、多方位实时动态摄影，获得了建模区域多方位的影像数据资料，满足了三维建模的基本需求。②五棱镜头安装在旋翼无人机上，在摄影过程中严格按照一定的规则执行飞行任务，获得的影像分辨率高，此外，该技术可以多角度拍摄，避免了垂直拍摄视野局限的问题。③多角度拍摄，减少了地物被遮挡的现象，使得影像数据更加全面。

3 旋翼无人机倾斜摄影测量技术在三维实景建模中的应用

3.1 建模原始数据采集

三维实景建模原始数据主要包含拟建模区域的影像数据、POS数据、地面相控数据，在无人机上搭载南方测绘倾斜数字航空摄影相机、机载定位定姿系统、航摄计划设计软件和飞行管理系统等。南方测绘数字倾斜航摄仪明显区别于传统的垂直航摄方法，该仪器在同一飞行平台上搭载了多个相机，分别从垂向和4个倾斜角度对地物进行拍摄，获得多视角影像，能够更加真实地反映地物的纹理，并在数据采集过程中，能够自动地集成POS数据，获得每张影像的外方位元素。根据拟建模区域气候状况，数据采集时间定于5—6月，设置飞行高度200m，旁向和航向重叠度为70%，平均地面分辨率6cm。

3.2 倾斜影像空中三角测量

倾斜影像数据包括垂向影像数据和倾斜影像数据两部分，虽然倾斜影像数据获得了更加全面的地物纹理信息，但是对数据的计算增加了难度，使用传统的同名像点自动量测算法是无法满足两种数据计算的需求。倾斜摄影过程中形成了实时动态的POS数据，可将其作为初始方位元素，借助多基线多特征匹配技术完成相对定向和绝对定向处理，生产出多视角联合空中三角测量，为三维实景建模奠定基础。

4 结语

倾斜摄影作为在传统航空摄影之上发展起来的新技术，由于其增加了不同角度的相机拍摄，使得采集的信息更全面，并在自动化建模软件的支撑下能快速、低成本的构建出逼真的三维模型；从而使得倾斜摄影技术得到蓬勃发展，并具备广泛的应用前景。可以说，倾斜摄影开辟了一条地理信息应用的新道路，在这条大道上，还将不断的有新的应用模式被发掘出来。