陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安 710001
摘要：随着无人机技术的快速发展，无人机倾斜摄影技术在数字城市建设和应急救灾中得到了广泛的应用。与传统的地形测量方式相比，无人机倾斜摄影测量技术的优势更加明显，此项技术的应用在很大程度上降低了外业的劳动成本与劳动强度，大大缩短了作业周期，从而使得大比例尺地形图测绘工作能够顺利开展，有利于开展后续工作。基于此，本文探讨了基于无人机倾斜摄影技术的地形图测绘方法，希望能够为相关研究提供借鉴。
关键词：无人机倾斜摄影技术；地形图测绘方法；应用分析
1引言
在工程设计阶段，现状地形图对于设计方案的优化调整、征地拆迁的体量估算等意义重大。相比于传统地形测绘，无人机倾斜摄影测量技术方案，能大幅降低外业劳动强度，提升作业效率。在本工程项目中，利用“1+1”RTK技术（实时动态相对定位技术）测量像控点三维坐标，关键节点区域像控点用几何水准法测量高程，经内业联合平差处理，最后构建实景三维模型。结果表明，平面和高程精度均满足1:500大比例尺测图要求，且高程精度得到有效提升。
2倾斜摄影测量技术概述
2.1倾斜摄影测量的原理
倾斜摄影测量是在无人机上搭载多台相机，同时从下视、斜视等不同视场角度进行影像获取，获取的信息可以完整地表达地物的具体情况。相对于地面成90°夹角拍摄获取的影像称为垂直影像，相对于地面有相对应的夹角拍摄获取的影像称为倾斜影像。把倾角大于15°的拍摄相机都称为倾斜相机。倾斜摄影的发展不是对限定相机镜头数量进行设计，倾斜相机的关键指标是获取不同方向影像的能力和每个架次作业范围的大小。
2.2倾斜摄影系统的构成
无人机倾斜摄影平台是无人机加挂载拍摄设备的总称。倾斜摄影系统由3大部分组成：1)无人飞行器平台，分为多旋翼无人机和固定翼无人机；2)操作人员，由无人机驾驶员和地面站指挥员组成；3)航拍设备，由倾斜相机和姿态定位系统组成。
3基于无人机倾斜摄影技术的地形图测绘方法研究
3.1采集倾斜摄影外业数据
以房地产项目建模工作为例，预计3天内完成航拍及三维建模，并需要按照《摄影测量国家规范》执行操作。在进行倾斜摄影外业数据采集操作的时候，按飞行区域的面积布设像控点以提高精度。影像采集应用DJI无人机，其主要应用到的设备包括大疆Mpro无人机、IPAD、6块电池组两组、带有GPS系统的倾斜相机、基座和卷尺。在采集外业数据时，涉及的流程如下。首先，准备工作。进行无人机螺旋桨动力调试，并且安装电池组。其次，起飞。开启相机，点击软件触屏上的起飞键，无人机接到指令之后盘旋上升，结合项目实际要求将本次飞行高度设定为70m。再次，航线飞行。无人机上升至标准高度之后，绕着既定航线飞行，在飞行过程中应该按照原定飞行计划拍摄有一定时间差的照片。完成拍摄任务之后返航。最后，降落。当无人机完成所有预设航线之后，应该注意达到返航设定高度，并缓慢降落，降落到预设位置，将航拍中获得的影像资料全部导出，检查是否存在一些因拍摄抖动严重而出现曝光不理想的情况。
3.2路线划分与拍摄
使用专业倾斜摄影无人机进行拍摄，需要在同一飞行平台上搭载多台镜头传感器（目前常用的是五向镜头相机），同时从1向垂直、4向倾斜等不同角度采集影像，然后经数据处理形成实景模型。为清晰地显示工作区域的实际情况，飞行范围不仅需要涵盖施工区域，还要包括周边的区域。
本项目拍摄范围为荣乌高速及其以南共计150m范围，荣乌高速以北包含施工区域以及城区共计350m范围，里程6000m，拍摄范围共计300万平方米。受当地空域管制的影响，设定无人机飞行高度为50m，飞行轨迹间距50米。另外，工程采用的为普通大疆精灵系列无人机，通过单镜头多次飞行模拟多镜头拍摄，需通过增加飞行路线和次数来增加成图的精度，因此设定了垂直交叉的两条飞行路线，每条路线往返飞行两次。无人机拍摄前，除设定飞行路线外，需注意设定拍摄的视频或照片涵盖相机位置、镜头信息等关键信息，作为数据形成的必备条件，选择在无风天气晴朗可视度良好的情况下进行拍摄。为保证顺利完成三维建模并提高模型精度，控制飞行速度，照片的重叠率最少要在80%以上，同一物体连续拍摄的照片角度偏差不超过15度、拍摄至少不少于3张照片，不能有飞行速度和高度的突变以免出现数据模糊。如果有凸出、镂空以及要求精确显示的建筑物或工程实体部位，需要对局部进行多角度环绕拍摄采集。高度方向如过高，也应分层设置飞行轨迹。因无人机一般采用WGS84经纬网和椭球高程，提前对无人机的测量参数进行设定，避免形成的模型与需要的模型位置不一致，造成大量的后处理工作。
3.3空中三角测量
为了还原每张像片的真实空间位置和姿态，需进行空中三角测量处理（又称“空三加密”）。其一，航摄相机曝光瞬间，摄影中心、地面点和地面点在像幅上的投影点三点共线，利用摄影测量技术方法，将曝光瞬间像片的空间位置和姿态角还原到真实地理坐标系中，获得三维立体的空间关系；其二，航拍像片的重叠度，保证若干张像片能覆盖到同一个地物点（又称“同名点”），三点连线称之为“光束”，通过光束的空间平移、旋转，实现不同像片在同名点处精准匹配。空中三角测量算法虽可通过三维建模软件实现，但是大范围地形航拍产生的大数据量（2万张以上）像片，由于软件自身存在运算瓶颈，直接解算往往失败，须结合建模软件设计方案。其一，在像控点布测环节，适当对测区进行划分，沿现状道路或绿植区域加密布设点位，以控制区块平滑接边；其二，在空三加密环节，沿加密的像控点划分区块进行空三解算，合并区块建模，能较好地发挥无人机倾斜摄影测量技术的优势。
3.4地形图制作
利用测图软件对三维实景影像成果进行立体采集，测制地形图，主要包含4个步骤：1)建筑物外部轮廓绘制。利用建筑物侧面形状数据，绘制建筑侧面轮廓的基点，形成闭合线状要素，通过三维模型确定建筑物的特征，赋予要素建筑物的属性信息。2)线状地物的绘制。通过倾斜模型进行线状地物的绘制，三维模型上可以直观地展现地物平面位置、高程、属性特征等，可快速地提取要素的内容。3)高程提取。在倾斜模型上具有高程信息，在模型上可以快速地提取需要获取的高程数据。4)地形图修饰。绘制完成后对照倾斜摄影模型检查图面注记，修饰绘制要素。
4结束语
综上所述，在利用无人机倾斜摄影技术进行地形图测绘的过程中应该充分了解测绘地区的实际情况，注意灵活应用测绘技术，从而才能使最终的测绘效果更加理想，也使得测绘偏差得到了有效控制。同时，由于测绘现场往往复杂多变，通过这种方式可以使作业顺利开展，更加有利于我国数字测绘行业的长远发展。
参考文献
[1]莫寅.基于无人机倾斜摄影测量的大比例尺地形图测绘方法[J].北京测绘,2020,34(01):79-82.
[2]程玉红.无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用研究[J].山西交通科技,2019(06):21-23.
[3]陈小丽.无人机倾斜摄影技术应用于大比例尺地形图测绘中的研究[J].信息系统工程,2019(05):100.
[4]田雷.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].中国新技术新产品,2019(08):15-16.
[5]周光耀,史超凡,孙健.无人机倾斜摄影快速地形图测绘方法研究[J].北京测绘,2019,33(01):76-79.