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无人机倾斜摄影测量在地形图测绘中的用

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2021年8月中作者：周海莲

[导读] 随着现代科技的持续快速发展，无人机倾斜摄影测量迎来了前所未有的重大发展机遇，如何采取有效方法与措施，切实提升地形图测绘工作成效，成为测绘业的焦点。

北海市城市信息中心周海莲广西北海 536000

摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着现代科技的持续快速发展，无人机倾斜摄影测量迎来了前所未有的重大发展机遇，如何采取有效方法与措施，切实提升地形图测绘工作成效，成为测绘业的焦点。无人机倾斜摄影测量是现代地形图测绘的关键载体与重要保障，在提升地形图测绘精度、促进测绘事业发展等方面扮演着不可替代的关键角色。无人机倾斜摄影测量以专业化无人机等设备仪器为基本依托，对目标地形区域进行数据信息的分析研究与界定，是掌握地形信息数据的关键技术手段。本文就无人机倾斜摄影测量在地形图测绘中的应用展开探讨。
关键词：无人机；倾斜摄影测量；EPS；地形图测绘
        引言
        社会经济的快速发展要求遥感影像数据获取的准确性及影像质量更高，如社会发展所需要的国土资源管理、城乡规划建设等工作的开展均需要在遥感影像数据的辅助下进行。但在数据获取过程中，天气条件、高度及重访周期等通常会成为阻碍影像获取的主要因素。传统的航空摄影方式需要投入大量的资金成本，在紧急任务的处理方面并不具优势。无人机倾斜摄影测量技术的出现实现了投资成本及灵活性等多方面的优化。
        1无人机倾斜摄影测量技术
        1.1无人机倾斜摄影原理
        无人机倾斜摄影是相对传统的垂直摄影来说的，即在无人机飞行平台上挂载多视角航摄相机，从前、后、左、右及下视五个角度采集影像，获取地物、建构筑物多个角度的视角信息。其中四个侧视镜头主要获取建构筑物的侧面纹理信息，减少侧面视角的盲区，下视镜头主要从垂直角度获取建构筑物的顶部信息，实现了对地面目标的全面覆盖，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。考虑到侧视相机获取的影像变形严重，倾斜像片近点和倾斜像片远点的地面分辨率不一致，想要信息获取更加丰富，侧视镜头与垂直镜头最合理的夹角为45度。
        1.2无人机倾斜摄影测量关键技术
        无人机倾斜摄影测量关键技术主要包含以下三个方面：（1）多视影像联合平差——通过POS数据中得到的倾斜图像外方位元素，采用由粗到精的金字塔匹配策略，进行自由网光束法平差。（2）多视影像密集匹配——引入计算机多视觉融合技术，实现多基元、多视影像匹配技术。（3）数字表面模型生成——高密度DSM滤波融合技术。
        2无人机倾斜摄影测量的作业流程
        2.1外业航测
        （1）航线规划。航线的规划第一步应考虑天气情况，之后明确航测范围、确认重叠度、考虑风向等问题，做出详细的航线规划方案。注意作业时还应根据现场环境因素做出适当调整。（2）像控点布设。摄影测量像控点是空三加密运算和测图的基础，其位置的选择和坐标的测定直接影响到内业成图的数学精度，因此像控点的布设至关重要，需要严格按照标准做好布点方案，结合实时环境布设。（3）像控点测量。采用CORS进行施测，信号较弱的地区采用GPS静态测量模式，像控测量平面高程精度均不能超过±0.02米。（4）无人机航拍实施过程。确认设备无安全隐患，各项功能正常，做好各项航飞准备，开始飞行，监控飞行姿态、气象条件、相机工作状态。
        2.2内业数据处理
        外业控制测量作业完成后，将数据导出转入内业数据处理，主要包括数据检查预处理、空三加密和实景三维模型建立。
        （1）数据检查预处理。主要检查航摄作业的飞行质量以及所拍摄影像质量，确保图像所显示地物的清晰、层系分明、反差适中、色彩鲜明以及色调一致，以满足内业规范和作业任务要求。
        （2）空三加密。空三加密即解析空中三角测量，指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。

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其传统做法是利用少量控制点的像方和物方坐标，解求出未知点的坐标，使得每个模型中的已知点都增加四个以上，然后利用这些已知点解求所有影像的外方位元素。
        （3）实景三维模型建立。无人机倾斜摄影建模是指利用建模软件，对获取的影像数据进行自动化或半自动化处理，建立实景三维模型。常见的国外建模软件有Bentley的ContextCapture，美国skyline公司的photomesh，俄罗斯的PhotoScan，国产的主要有上海瞰景科技的Smart3D2019，中测智绘的Mirauge3D等，本单位常用的是上海瞰景科技的Smart3D2019、Bentley的ContextCapture，获取OSGB格式的数据。建模的过程可以简单描述为：先经过几何校正、联合平差等一系列复杂的运算得到带有高程的稠密的点云数据，然后构建一张连续的TIN三角网，最后把拍摄的高分影像贴到三角网上，最终得到倾斜摄影模型。
        3地形图数据采集
        采用EPS地理信息工作站基础平台进行裸眼3D立体测图，测绘与地理信息角度构建数据模型，综合CAD技术与GIS技术，以数据库为核心，将图形和属性融为一体，从数据生产源头支持测绘的信息化转变。在平台中导入生产好的三维模型和DOM数据，按模型进行全要素采集，做到不变形、不移位、无错漏。采集依比例及用符号表示的地物时，应以测标中心切准轮廓线或拐点连接，采集不依比例尺表示地物时，就以测标中心切准基点、结点、定位线。所有地理要素全部用骨架线﹢属性描述方式表示，完全满足GIS建库与应用需求，在显示与打印环节动态符号化，完全满足图式规范和制图需求，最后根据需要输出国家相关标准的WDG图形文件。
        4无人机倾斜航摄成图精度分析
        4.1无人机影像进行检查与分析
       无人机在飞行过程中由于自身体积的原因，会受到风向、气流等客观因素的影响，此时无人机的飞行方向或飞行角度会出现不可控的变化，影像的旋偏角及重叠度的稳定状态并不佳，可能会出现多部分或少部分重叠的情况。这就要求有关工作人员在进行正式处理之前要对无人机影像进行有针对性的检查，从而更加清楚地对无人机的飞行状况及其所捕捉影像的相关信息进行了解。现阶段所采用的影像处理技术多以高分辨率的遥感影像一体化测图系统技术为主。在实际处理过程中，惯导数据的应用也是很有必要的，其在无人机影像检查中的应用能够达到去掉POS突变影像的目的。根据重叠情况的不同，所采用的处理方法也有所不同。
        4.2内业数据处理成图精度分析
        内业数据处理的过程也是对无人机倾斜摄影测量数据进行细化处理的过程，往往需要科学处理理论精度分析与实际精度分析之间的关系，将实际测量获取的摄影测量数据信息进行加工处理，并与理论精度数据做出纵向比对，若其偏离幅值较大，则应做出相应技术处理，对像点精度进行优化，缩小定向点和检查点的误差。为提升无人机倾斜摄影测量精度控制效果，必须对地形图测绘区域中的数据信息作出去伪处理，防止数据冗余对成图精度造成的不良影响。此外，根据特定比例尺大小，利用二次多项式曲线数学模型对各高程点进行线性拟合，以强化地形图测绘高程精度。
        结语
        随着新技术的发展与更新，日常工作中越来越趋向使用基于低空无人机倾斜摄影技术的地形图测绘方法，采用EPS软件平台三维测图模块通过双屏模式同时加载实景三维模型数据和正射影像数据，二三维联动一体化进行地形图测绘。该作业模式的优势体现在以下四个方面：（1）数据生产中心由外业转为内业，生产作业劳动强度降低；（2）以实景三维模型数据和正射影像数据为源数据，多视角作业，作业效率提升；（3）生产过程干扰性因素少，且采集过程不受现场不配合影响；（4）数据检核具有可重复性，数据精度保障性强。
参考文献
1.龚立武.基于无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用研究［J］.科技经济市场，2019（15）：175-176.
2.徐成恒.基于无人机低空摄影高分辨率三维地形景观的实现方法探讨［J］.烟台职业学院学报（自然科学版），2018（2）：102-103.
3.陈浩.谈无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景［J］.科技创新导报（学术版），2019（13）：332-332.
4.《低空数子航空摄影测量内业规范》（CH/Z 3003-2010）.
5. 《1：500 1：1000 1:2000 地形图图式》（GBT 20257.1-2007）.
作者简介：
周海莲（1983.02-），女，汉族，广西合浦人，本科，工程师，主要从事工程测量的工作。