摘要：近年来，无人机低空摄影测量作为发展较为活跃的研究领域，具有机动灵活、方便高效、作业成本低、适用范围广阔和生产周期短等特点，在现代化水利发展中的应用也愈发广泛。低空飞行平台搭载多种航摄传感器后可获取地面影像或扫描点云数据，可随时对河湖等情况进行了解。无人机航测在快速获取飞行困难地区的高分辨率影像方面具有明显优势，并能利用获取的数据进行正射影像制作、多光谱影像分析、数字线划图生产以及快速实景三维建模等。
关键词：无人机；倾斜摄影；水利工程
1 倾斜摄影测量技术
作为测绘领域新兴发展的技术，倾斜摄影测量技术融合了传统的航空摄影和近景测量技术，打破了传统正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从1个垂直、4个倾斜共5个不同的角度采集影像，见图1。结合无人飞行平台搭载的GPS/IMU系统获取POS数据和像控点数据，经过相关软件处理获取点云数据、数字正摄影像和三维模型。飞行姿态平稳、抗外界干扰性强的无人机飞行平台是系统的基本保障。文中使用的无人机平台大疆M600Pro包含了A3Pro飞行控制器，提供了三模块冗余，且基于3组GNSS单元的数据增强了精准度。在6kg的负载下，该机仍可提供长达16min的续航和5km飞行距离。
图1 倾斜摄影测量原理
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2 数据处理及关键技术
无人机摄影测量的一般作业流程为：像片控制测量、高分辨率航测影像数据获取、空三加密、立体三维模型生成。整体的作业流程图如图2所示。
2.1 地面控制方案
无人机摄影测量的数据采集需要布设一定数量的控制点作为数学基础。需获取控制点坐标及高程，其数量和在像片上的位置需满足图像信息处理的要求。根据测区地形条件、摄影资料及信息处理方法采取不同的布设方案。像控点应选择在航摄像片上影像清晰、目标明显的像点，实地选点时，也应考虑侧视相机是否会被遮挡，相邻相对和航线之间的控制点尽量公用，必须选择在像片上明显的目标点，对于弧形地物、阴影、狭窄沟头、水系、高程急剧变化的斜坡、圆山顶、与地面有明显高差的房角、围墙角等，以及航摄后有可能变迁的地方，均不能设点。
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图2 无人机作业流程
2.2 影像匹配
对比传统航测垂直影像，倾斜摄影测量的影像的旋转角更大，倾斜摄影测量获取区域内同一地物不同视角的影像，具有更高的影像重叠度，增加了数据的冗余度。因此，基于小角度旋转角的常规匹配算法无法较好应用于倾斜航测的影像匹配。传统摄影测量的影像匹配由于传感器等硬件设备性能问题，常以单基线影响匹配为主，易出现“病态解”，且匹配精度和可靠性低。顾及倾斜影像的匹配涉及相机运动过程中投影变换的所有参数，属于抗仿射变换匹配算法的一种，因此倾斜影像匹配采用ASIFT算法，该算法以特征为匹配基元，具有完全仿射不变特性。利用对同一地物的不同视角的影像，将单基线的“病态解”转换为多基线的“确定解”，提高了影像匹配的精度，增强其可靠性。
2.3 多视角纹理映射
多视角纹理映射技术是城市建模中的主要内容之一，其目的在于恢复模型的真实感，增强模型的可视化效果。通过获取影像的内、外方位元素，匹配二维影像上的线段与三维建筑物模型三维线段的投影结果完成配准，综合影像遮挡影响、影像分辨率、模型法向量等因素选择高质量的纹理，最终形成纹理库以备模型的渲染。
3 水利行业的应用
3.1 洪涝灾害的预警
三维模型可用于洪涝灾害的淹没分析和灾害预损失评估。利用三维模型并结合周期降水量及水域周边地理信息等数据，可实时监测水域水位变化，通过模拟分析其水利地理环境可对洪涝灾害做出预警。结合已有的物理模型，对其进行参数化表达并定义模型的输入、输出接口及分析算法，可实现对洪水水位及其演进过程的模拟计算；根据洪涝指数以及风险等级，在数据库的支持下，结合相关数据，采用三维可视化数据可综合预评估灾害造成的损失情况。
3.2 智慧水利的感知
智慧水利是利用安装在水利设施的智能感知设备，通过移动互联网、卫星通信和云计算处理等实现数据采集传输、智能控制级集成处理的空间信息服务系统。水利地理信息是智慧水利发展的关键要素。实时监测水利地理环境、水生态变化，获取动态水利信息是智慧水利的重要手段。无人机倾斜摄影测量采用多视角影像构建三维模型，真实地反映水利情况，快速、高效的表达目标水域及其周边的水利地理信息，通过对水利环境实时、动态、三维的可视化表达，可重现真实的水利地理环境，实现水资源与管理者实时信息互动。
3.3 长江大保护的辅助
“长江大保护”是针对长江流域生态环境修复及发展提出的战略性决策。为了保护长江流域的生态资源、生物多样性资源、矿物资源和空间资源，“长江大保护”提出的“生态优先，绿色发展”理念具有重要的意义。采用无人机倾斜摄影测量获取数据并构建三维模型是做好“长江大保护”的重要技术手段之一。利用水域及其周边环境的实景三维模型可实时监测河道生态环境，提升河道生态河道，加强沿河特色生态风貌。有利于控源截污，实现实时水质监测，强化快速反应。能有效打击各种非法捕捞和违法违建，保护生物的多样性。通过对模型的分析能提高用水效率、加强水资源保护，实现管理者与水资源实时互动，有助于加强管理保护监管。
4 结语
本文利用无人机采集倾斜数据影像，制作三维实景模型。结合实际工程项目完成三维实景建模，并通过精度对比分析得出模型，模型能满足国家规范要求。通过实验分析，该方案较之传统倾斜摄影测量，成本低、效率高、且可控性强，对小型建模项目具有一定的借鉴和参考价值。但该方案也存在自身的局限性，要严格按照方案提出的数据采集方法和内业处理方法来执行，并且影像的精度直接影响建模效果，对于无人机硬件设施要求较高。
参考文献
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