浅析无人机倾斜摄影测量技术及应用

赵晗　赵靓

摘要：倾斜摄影测量是一项新兴技术。经不断研究，这项技术得到了新的发展，当下，无人机倾斜摄影测量技术的使用已成为一种主流。在科学技术不断发展的今天，无人机多发摄影测量技术遍布在各个领域，同时推动了智慧城市、城市规划、景观设计等相关行业。因此，本文将重点介绍这一技术的应用，以及如何促进其发展发展及评价其应用方法。

关键词：无人机倾斜;摄影测量技术;应用

随着地理信息系统的使用和更新，3D建模技术正在迅速发展并受到很大欢迎。解决无人机倾斜摄影测量图像在3D建模过程中的优化利用问题是一项紧迫的任务。使用无人机对角线摄影测量的优势是显而易见的，它消除了以前使用空中远程传感器捕获图像这种方法的限制，允许传感器从不同的方向角度获取有关物体表面的信息，并且多个传感器之间可以同时执行任务。这大幅提高了采集效率，保证了数据的有效性、可靠性和完整性，同时避免了采集时操作的多次重复[1]。通过处理后不仅可以满足人们对3D信息的需求，而且可以通过对图像的解读获得更多额外的信息。

一、无人机倾斜摄影测量技术概述

（一）无人机倾斜摄影的概念

倾斜摄影是国际土地测量学和制图学领域最近新发展起来的一种先进方法。这消除了之前只能以垂直角度拍摄照片的限制。这些图像能从兼顾垂直方向以外的其他4个倾斜方位共5个不同的角度进行拍摄，向用户介绍了一个超现实且直观的世界，与人类视觉一致。

（二）倾斜摄影测量的技术特点

特点一：显示物体周围的真实世界。与正射摄影相比，倾斜摄影所成的图像可以从特定角度查看对象，并且可以更有效地反映摄影对象的实际位置。并在此基础上进行许多调整。特点二：可以通过对角拖动来放大图像。借助辅助软件，高度、长度、面积、角度、坡度等的测量可以直接在捕获的图像上进行，扩展了倾斜摄影技术的可能性。特点三：3D贴图建模技术，有效降低规划建设成本。特点四：可以轻松在线发布小数据量数据。通过成熟的网络系统，使用技术快速启动和运行。

（三）无人机倾斜摄影测量技术的优缺点分析

1.无人机倾斜摄影测量技术的优点

无人机摄影测量技术的主要优势。首先，无人机摄影测量非常简单易操。与普通式飞机相比，前者起降更方便，機动更容易，起飞也更容易。此外，无人机的倾斜摄影测量技术极便于随时携带和运输，使用普通汽车就能轻松取放。其次，无人机倾斜摄影测量产品非常有效。无论是创建真实的3D 模型，还是做1：500比例尺制图，无人机倾斜摄影技术的开发效率相比传统测量技术是传统测量技术的数倍甚至数千倍。第三，无人机摄影测量精度也是很高的。例如，无人机倾斜分辨率和图像控制点精度不仅会影响模型精度，还会影响图像验证和最终的显示结果。由于图像参考点的精度小于2厘米，相机分辨率指标优于1.5厘米，结果的精度可能超过95%。第四，暴露于无人机的摄影测量方法具有最低的干扰比，而数字站测量方法容易受到能见度的限制。基于多角度可视化的无人机倾斜测量技术对上述问题的解决极有效果[1]。

2.无人机倾斜摄影测量技术的不足

无人机对角摄影测量技术的缺点也尤为明显，主要表现在以下几个方面：（1）无人机倾斜摄影测量的精度主要取决于空域。这个问题是影响使用倾斜无人机摄影测量方法的一个主要因素，由于审批周期长，当按照既定程序提出空域请求时，无人机摄影测量的灵活性也就随之受到很大影响。（2）无人机倾斜摄影测量技术在天气条件不稳定的情况下受到影响较大。无人机相关摄影测量数据的准确性和安全性就会在雨、雪、冰雹和雾等天气情况下被影响，并降低最终结果的准确性。

二、无人机倾斜摄影测量技术

（一）无人机数字影像获取

倾斜摄影在国际土地测量、制图和遥感领域说来都是一项新发展起来的先进技术。同一飞行平台上的多个传感器（现在更常用的是带手动镜头的相机），从不同角度获取图像，因为它们是垂直和倾斜的，所以图像和对象信息更加完整和准确。以垂直于地面的角度拍摄的图像称为正片（一组），而使用与地面成角度的镜头拍摄的图像称为对角胶片（四组）。更多3D立体模型和旅游模型数据，不仅仅在房地产建设等行业，也在土地规划、城市规划、智慧城市、节水、电力、采矿等、能量收集等行业应用提供主要平台。同时，它将基于 GPU 的 3D 空间分析的强大功能与精确的倾斜摄影模型相结合，可以快速准确地处理与之相关的信息。在某些情况下还可以直接读出，在紧急救援行动中保障人员和财产安全的重要作用。

（二）多视影像联合平差

多维图像同时包含垂直图像数据和对角线图像数据。一些现有的空中三角测量系统无法对坡度测量所得数据进行处理。因此，应对几何缺陷显示与全多功能图像合成的区别的重叠因素予以充分考虑，自动匹配每个图像级别间的均匀点并执行离线光束调整，以此得到最好的匹配结果。同时，多帧自控和配置连接点通信线路块，并控制点坐标与GPU/IMU辅助数据的虚假相似度，然后调整精度通过内置计算建立，保证平差结果误差更小。

（三）多视影像密集匹配

摄影测量中最大的挑战之一就是图像兼容性。多功能图像的特点是范围广、分辨率高。因此，匹配过程要求要充分考虑了冗余信息，且对多任务图像中同一点的坐标要快速准确地捕捉到，进而对三维物体的信息进行捕捉，与具有多个视图的图像兼容。使用单一存在或原始邻接方法进行建模通常很难获得具有相同名称的点坐标。因此，由于计算机视觉领域在不断研究下的最新发展，多图元和多视觉图像的兼容成为研究的主流。目前，在建筑物边缘的自动检测和疏散领域的这一研究领域可以看到很大的进展。通过检查视觉图像的属性，例如，可以识别建筑物和墙壁的边缘和纹理，这是一个二维建筑矢量数据库。2D对象可以根据各种图像数据转换为3D图像，它确定几个因素，分配一定的权重，将墙壁分类为不同的类别，扫描和分割每个建筑物的墙壁，选择和移除建筑物边缘的结构。对建筑物的整体进行建构。

三、无人机倾斜摄影测量技术的应用

（一）无人机倾斜摄影测量技术在公路测量中的应用

1.对边缘图进行插值，显示照射区域的高差。无人机梯度摄影测量技术可用于插入车道图并识别研究区域中的技术差距以解决天气坡道问题。应用程序的过程如下：首先，必须根据无人机在飞行过程中捕获的图像的性质和区域的大小来完成图像兼容性。第二，通过图像兼容性使得高度特征清晰可见。第三，使用软件分析裁剪图像，然后考虑倾斜角度。一般来说，前三点完成后，主要任务就完成了，后面测量员只需要测量场地面积，检查场地周围情况，便可完成测量计划。使用无人机倾斜摄影测量技术，可以有效提高道路测量工作的效率，降低测量成本。

2.根据图像结果计算填充量和穿孔量。由于无人机倾斜摄影测量获得的图像之间的水平重叠和标题重叠较大，因此可以通过多参数组合以及相应地获取图像大小获得最终图像。也就是说，从这张图像中可以计算出被测表面的面积和体积。根据可视化结果，可以计算出山路所需的回程和钻孔次数，在具体计算中，首先要确定路段，包括填土和开挖的土方量，并仔细检查路段的环境特征、周围的土壤状况、基岩方向等环境特征。接下来，就需要确定用于回填和挖掘的耕作量，如果需要回填并且回填段周围是优质土壤，则可以更接近地获得材料，这最大限度地减少了资源消耗和补货成本。为了清楚地看到边缘、垂直方向及其周围环境也可以使用无人机倾斜摄影测量来进行数据收集。一般来说，在危险地形中影响更为明显，该地区的岩石和水域因施工而受到严重破坏，因此微小的振动会改变山体的结构并需要更大强度保护，因此有巨大的潜在风险。借助无人机照片，一方面可以了解周围环境并描述施工过程中需要注意的区域，以加快施工进程，另一方面能了解施工工作的安全性。但在平原上，这种技术的效果就不明显了[2]。

（二）倾斜摄影测量影像处理技术在城市三维建模中的应用

1.城市三维建模

倾斜摄影技术经过近十年来的发展成为国际摄影测量领域的一项先进技术。该技术共 5 种不同的定向技术结合了1种垂直和4种倾斜技术，可对建筑物五个方向的图像进行完善的处理并对纹理进行高分辨率显示。它可以准确地确定物体在地面上的位置，准确地捕捉物体纹理信息，并提供先进的定位、3D对象建模组合和其他方法，可以直观感受真实的城市。

2.航空倾斜摄影测量技术建模

通常 3dsMax 和 AutoCAD 等建模软件通常用于传统的 3D 建模，用来估计建筑面积和高度。CAD 平面图和捕获的照片的信息获取建模信息。数据同步不能及时，用户的需求就并不能通过倾斜摄影测量方法真正得到满足。被广泛用于创建大范围、高精度和高分辨率的复杂序列。中小城市人工建模需要1-2年，现在3-5个月即可。这种建模方法大幅减少了3D 建模数据量，还节约了经济和时间成本。如今，倾斜摄影测量技术在国内外得到广泛应用，在各个领域都能看到它的使用，同时也成为城市空间数据系统的重要材料。

（三）国土执法中的应用

在执法领域，可以通过空中飞行、3D 建模为执法等创建逼真的 3D 模型。然后使用无人机倾斜摄影测量技术对目標区域进行标准航空测量。获得实时模型。在确认其他模型与实际多层模型的差异后，我们针对地面调查现场进行实地工作，可以确定是否有非法的建筑物和露营地。在执法工程中，使用无人机倾斜摄影测量技术对于执法效率的提高有非常明显的效果，实现问题可以早发现早解决。

（四）无人机倾斜摄影测量技术在地质灾害调查中的应用

1.获取实时图像

通常发生地质灾害后，现场秩序和设施都会一片混乱，无法确保勘测人员和救援人员在短时间内赶到现场，更无法第一时间获取灾区的准确信息。通过倾斜摄影测量，无人机就可以轻松抵达灾区，捕捉实时全向图像，可以帮助救援人员了解灾区的受灾性质和灾害的严重性，从而迅速实施救援。

2.正射影像

正射影像被广泛用于防灾和预警方面。由于研究地域范围广，采用传统研究方法耗时长，复杂度高，研究效果差。但是正射影像可快速、完美地进行研究，以便获得清晰的图像。研究人员只需将现场拍摄的照片中的信息进行系统化整理和分析。

3.三维立体模型

与正射镶嵌相比，3D模型采用倾斜测量技术，为了使信息更加完整和准确，图像数据采集会从5个不同的角度（垂直和对角角度）进行采集。全方位地查看物体，现场放大和缩小的能力不仅可以改善调查数据。此外，3D模型可以更全面、可靠地反映地质灾害，让非专业人士也能了解灾害区地质情况，尤其对领导者的决策有很大帮助。

4.线划地形图

地质灾害及时发现的基础是线性地形图的研究。如果要绘制现有地形图，通常只能创建小于特定大小的地形图。对于同时拍摄和映射，可以设置不同的大小和设置拍摄时间的长短，这将对收集的速度和质量可以有很大程度的提高。然后，使用CAD制图和 3D 模型创建一组地形图，对危险场所地质调查的制图就可以达到要求水平。

（五）无人机倾斜摄影测量技术在露天矿山监测中的应用

1.开采范围监测

产区的监控主要是了解产区是否超标。无人机倾斜测量提供高分辨率投影现实世界图像数据 （TDOM） 和 3D 现实模拟。 TDOM 结果可用于分析矿井边界并识别与矿井边界相交的位置，并确定采矿是否跨越界限，以改进矿井边界的管理和对矿井边界的规划。无人机摄影测量度可以达到厘米级的高精度。在跟踪打击地雷方面发挥着非常重要的作用。

2.动态储量监测

一般的数字化软件都允许测量垂直3D 模型的倾斜度并动态监控采矿作业，便于相关人员快速了解采矿过程现场的情况，获取更准确的数据。

（六）不动产测绘中的应用

无人机倾斜摄影测量方法常用于房地产行业以及许多不被允许进入的场地的测量。以房地产测绘为例，不能纳入概览和地图的很多固定资产是由于各种复杂的原因，很多时候只能再放在概览和地图中讨论。在此期间，难免有很多延误，对结果的效果评估没有任何好处。不置可否的是，对于映射效率的提高是很困难的。但是使用倾斜摄影测量的无人机对上述问题的解决是卓有成效的，特别是在城市、农村地区以及低层地区，房地产测绘的理想选择就是使用倾斜摄影测量的无人机进行数据测量。

（七）无人机倾斜摄影测量技术在建筑物提取精度中的应用

只有保证数据搜索功能，才能确保建筑物搜索的准确性。因此，恢复数据的能力在精准挖掘的发展中起着重要的作用。无人机倾斜摄影测量技术可用于连续捕捉施工图像和显示数据，则数据必须分类，这需要不同级别的数据，并且必须为每个级别配置缓存和索引。

同时，作为提高数据采集能力过程的一部分，技术人员可以使用 DTM 来校正每个投影图像拼接和裁剪的像素，最终创建具有同步数据提取的数字正射影像数据集[3]。

四、结束语

在快速构建3D数字城市时，需要收集3D数字城市的详细信息。无人机倾斜摄影测量技术在未来的发展中是有明显优势且发展势头也将是良好的。 通过使用倾斜摄影测量技术在各个领域取得的进展，相信这项技术的应用范围会比现在更加广泛。 该技术弥补了现下摄影测量技术的诸多不足且在多个方面超越了现有技术，对于国家整体的发展如城市化进程的发展和国民经济建设的发展都有实在的促进作用。在3D城市建模等方面，应用无人机倾斜摄影测量方法和应用 3D 建模，以及无人机倾斜摄影测量专家的培训，推进城市高速建设发展，促进地理信息化数据整合应用，为社会发展创造更高的经济效益。

作者单位：赵晗    赵靓    中水北方勘测设计研究有限责任公司

参  考  文  献

[1]陈相男.无人机倾斜摄影测量技术及其应用[J].内蒙古煤炭经济，2018（09）：55-56.

[2]田艳.浅析无人机倾斜摄影测量技术及应用[J].华北自然资源，2020（05）：77-79.

[3]杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息，2016，39（01）：13-15+18.