无人机倾斜摄影测量技术的应用探索

董娟 李惠玲 张庆

1.德州市自然资源局，山东 德州

2.连云港市高克勘察测绘有限公司，江苏 连云港

3.山东国鑫环保科技有限公司，山东 德州

在过去几十年里，地理信息技术在各个领域的应用取得了显著进展。特别是随着无人机技术的发展，无人机倾斜摄影测量技术逐渐成为地理信息等领域的热点研究方向[1]。

1 无人机倾斜摄影测量技术的优势

无人机倾斜摄影测量，即在无人机上搭载高精度多角度测量相机，实现从不同的角度采集影像数据，获取到丰富的地物信息，再通过数据处理，使其适用于需要快速反馈的应用场景。传统的航空摄影测量通常需要昂贵的飞行器和设备，限制了其在一些特殊场景下的应用，而无人机倾斜摄影测量技术以其灵活性、高效性和经济性，突破了传统测量的限制，为地理信息数据的采集与处理提供了全新的解决方案。首先，其灵活性与高效性使其摆脱了传统航空摄影的限制，不需要固定航线和昂贵的设备，无人机能够灵活飞行并高效地进行数据采集。其次，相较于传统航空摄影，无人机倾斜摄影测量的成本较低，无需雇佣昂贵的飞行器和乘员。此外，无人机的应用能够降低人员参与和操作风险，特别适用于在危险或难以到达的区域进行数据采集。倾斜摄影技术还能提供更高的空间分辨率和更好的地物形态表现，从而提高了建模和测量的精度。最后，无人机倾斜摄影数据可以进行实时处理，即时获取建模和测量结果，使其适用于需要快速反馈的应用场景。基于以上所述，无人机倾斜摄影测量技术在多个方面展现出了突出的优势，为在地理信息等领域使用带来了新的可能性。

2 在地理信息中的应用

在数字地图制作与更新、地表三维重建以及环境监测与灾害评估等方面，无人机倾斜摄影测量技术带来了更高效、精确、安全的数据获取和分析手段，推动了地理信息科技的不断进步与发展。

2.1 数字地图制作与更新

通过无人机倾斜摄影测量技术，可以高效地获取大面积地区的影像数据，从而制作或更新数字地图。这些数字地图具有更高的空间分辨率和更真实的地物形态表现，为地理信息系统（GIS）提供了更精准、实用的地图数据。

2.2 地表三维重建

倾斜摄影技术能够获取多角度的影像数据，结合地面控制点与惯性导航系统等辅助技术，可以实现地表三维重建。通过该技术获取的三维地表模型，为城市规划、土地管理、建筑设计等方面提供了全新的空间分析与决策支持。

2.3 环境监测与灾害评估

进行环境监测与灾害评估，尤其在人员难以到达的地区。无人机倾斜摄影测量技术可以通过实时采集倾斜影像，对自然灾害（如洪水、地质灾害等）造成的影响进行快速评估，有助于及早采取相应的救援和防范措施。

3 在测绘与建筑中的应用

3.1 城市规划与土地管理

借助该项技术，可以高效获取城市及周边地区的大范围影像数据，实现对城市用地现状和土地利用情况的快速调查和准确分析。这为城市规划决策提供了重要支持，帮助规划者更好地了解城市发展状况，优化土地利用，合理规划城市空间结构。

3.2 建筑物立面测量与模型生成

该技术能够获取建筑物立面的多角度影像，通过对影像数据进行处理和分析，可以精确测量建筑物的高度、宽度和形状等参数，实现建筑物立面的三维建模[2]。对于城市建筑物的评估、规划、维护和保护等方面具有重要意义。

3.3 建筑工地监测与管理

在建筑工地施工过程中，该技术可以定期进行监测，快速获取施工现场的影像数据，对工地进度和施工质量进行实时监控与评估[3]。同时，无人机倾斜摄影还可以辅助施工管理，提供更全面的视角，帮助解决工地管理中的问题。

4 在农业中的应用

4.1 农田规划与作物监测

通过该技术可以对农田进行高精度的地图制作和更新，帮助农业规划者了解土地利用情况，合理规划农作物种植布局。此外，还可以实现农作物的高分辨率监测，包括生长情况、病虫害发生等，为农民提供及时的农作物管理决策支持。

4.2 农作物健康状况评估

该技术结合多光谱或红外传感器，可以对农作物进行健康状况评估。通过对作物的光谱数据进行分析，可以快速检测作物的营养状况和植被指数等，早期发现作物的生长异常或病虫害问题，有助于精准调控农作物的施肥和防治措施。

4.3 农药施用与精准农业

利用该技术获取的高分辨率影像数据，可以帮助农民实现农药的精准施用。通过对农作物生长情况和病虫害分布的分析，可以精确判断施药的区域和用量，降低农药的使用量，减少对环境的影响，提高农作物产量和质量。

5 无人机倾斜摄影测量技术的数据处理与精度控制

5.1 数据采集与预处理

在进行无人机倾斜摄影测量时，首先需要使用无人机搭载的倾斜摄影设备飞行并获取倾斜影像数据。采集的影像数据可能受到飞行姿态、风速、光照条件等因素影响，因此在进行后续处理前，需要对数据进行预处理，包括去除畸变、去除重叠区域等，确保数据的准确性和一致性。

5.2 特征提取与匹配

特征提取是指从无人机倾斜摄影数据中提取出显著的地物特征，如建筑物的角点、道路的交叉口等。特征匹配是指在不同影像之间寻找相同地物特征点的过程[4]。特征提取与匹配是实现影像间配准和三维重建的关键步骤，通过对特征点的提取和匹配，可以建立影像间的对应关系，从而实现影像的融合和拼接。

5.3 数据配准与精度评估

数据配准是将采集的多个倾斜影像进行准确的对准，使得它们在同一坐标系下进行比较和分析。数据配准通常涉及到飞行器姿态校正、影像坐标转换、地面控制点配准等过程。精度评估是对倾斜摄影测量结果进行精度分析，验证测量结果的准确性和可靠性。通过精度评估，可以评估无人机倾斜摄影测量技术的测量精度，并对数据进行后续分析和应用提供可靠依据。

6 挑战与未来发展方向

6.1 技术挑战

在无人机倾斜摄影测量技术中，数据处理与算法优化、多传感器融合与定位精度，以及复杂场景下的数据配准是面临的主要技术挑战。数据处理过程涉及大量影像数据，因此需要研究更快速、更精确的算法来高效处理数据，包括特征提取和匹配，以提高数据处理的效率和精度。在倾斜摄影测量中，常常需要融合多种传感器数据，如惯性导航系统、全球导航卫星系统（GNSS）、激光雷达等，如何有效地融合这些不同传感器的数据，并提高定位精度，是一个具有挑战性的问题。此外，在复杂的地形和建筑物场景下，数据配准和特征匹配变得更加复杂，由于地形高差和建筑物遮挡等因素引起的影像匹配问题也需要解决，以提高数据配准的精度。因此，技术发展将着重于数据处理与算法优化、多传感器融合与定位精度，复杂场景下的数据配准，支持进一步提升无人机倾斜摄影测量技术和拓展应用场景是面临的挑战。

6.2 未来发展方向

该技术未来将着重于实现无人机倾斜摄影测量技术的自动化和智能化，通过引入人工智能、深度学习等技术，实现数据处理、特征提取和匹配等关键步骤的自动化，从而减轻操作人员的工作负担，提高效率和精度。未来的发展方向还将注重无人机倾斜摄影测量技术在复杂环境和极端气候条件下的适应性。持续改进传感器和无人机设计，使其能够在复杂地形和恶劣气候条件下稳定工作，提高技术的鲁棒性和可靠性，以应对各种挑战和应用需求。

综上，未来无人机倾斜摄影测量技术将朝着自动化、智能化、精度提升、多模态融合和环境适应性等方向发展，为地理信息等领域带来更广阔的应用前景和发展空间。

7 结论

无人机倾斜摄影测量技术作为一种快速、高效、精准的地理信息获取手段，通过对该技术进行应用探索，在数字地图制作与更新、城市规划与土地管理、农田规划与作物监测、环境监测与灾害评估等领域，测量能够提供高质量、高精度的数据支持，推动了这些领域的科学研究和实践应用迈上新的台阶。通过持续的研究和创新，相信无人机倾斜摄影测量技术将带来更多新的可能性，为社会发展和生态环境保护做出更大贡献。