浅谈无人机倾斜摄影测量技术及其应用

浅谈无人机倾斜摄影测量技术及其应用

张生刘萍萍楚红亚

济南天润土地整理规划咨询有限公司山东济南250014

摘要：无人机倾斜摄影测量技术是随着科技的飞速发展而产生的高科技产物，在应用过程中，可以弥补传统的摄影测量技术的漏洞，精减测量步骤，方便测量人员的作业，降低作业难度，并在很大程度上提高测量的精度和准确性，尤其是在进行较小区域的测量时，其技术的先进性更加突出。因此，加大对无人机倾斜摄影技术的研究意义重大。

关键词：无人机倾斜摄影；测量技术；应用

导言：无人机倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项高新技术，倾斜摄影技术三维数据可真实反映地物的外观、位置、高度等属性;借助无人机，可快速采集影像数据，实现全自动化三维建模;倾斜摄影数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种成果。目前，无人机倾斜摄影测量技术已被越来越多的行业认可和应用，但针对无人机倾斜摄影的国家技术标准一直没有明确，这就给无人机倾斜摄影工作带来一定困扰。

1无人机倾斜摄影系统介绍

传统航空摄影只能从垂直角度拍摄地物，倾斜摄影则通过在同一平台搭载多台传感器，同时从垂直、侧视等不同的角度采集影像，有效弥补了传统航空摄影的局限。那么，无人机倾斜摄影系统可以定义为:以无人机为飞行平台，以倾斜摄影相机为任务设备的航空影像获取系统。

1.1飞行平台的性能要求

目前，市场上无人机的种类繁多，按照动力系统可以区分为内燃机动力和电池动力;从飞行实现方式上可以区分为固定翼和旋翼(单旋翼、多旋翼)。由于飞行平台自身的振动问题，在成像质量上电池动力优于内燃机动力;在作业效率和续航时间上，固定翼优于旋翼;在飞行稳定性上，旋翼优于固定翼。由于无人机用途不同，其性能标准也不一样。测绘型无人机对飞行标准要求更高，可以在载重、巡航速度、实用升限、续航时间、安全性和抗风等级等方面做出限定。例如:①无人机最低载重2kg;②多旋翼巡航速度大于6m/s，固定翼无人机巡航速度大于10m/s;③电池动力续航时间大于25min，内燃机动力续航时间大于1h;④抗风性要求不低于4级风速;⑤无人机实用升限能达到1000m以上，海拔高度不低于3000m。

1.2倾斜相机的性能要求

在《低空数字航空摄影规范》(CH/Z3005—2010)中，对测绘航空摄影也就是垂直摄影的相片倾角有着如下规定:倾角不大于5°，最大不超过12°。现有的航测软件处理能力已经有了很大提升，可以在这个标准的基础上，把倾角15°以上的都划归到倾斜摄影的范畴。倾斜摄影发展到今天，倾斜相机不再限定相机镜头的数量。倾斜相机的关键技术指标是获取不同角度影像的能力和单架次作业的广度和深度。这包括五镜头、三镜头、双镜头等多镜头相机及可以调整相机拍摄角度的单相机系统。在无人机航测标准中，要求航测相机像素不低于3500万，在倾斜摄影中可以不对单一相机的像素进行限定，而对一次曝光获取的影像像素进行控制。

倾斜相机的性能要求可以从获取影像能力、作业时间、曝光功能、续航时间、POS记录功能等方面做出限定。例如:①倾斜摄影一次曝光采集的像素越高越好，但要根据设备成本考量，单个镜头不低于2000万像素，一次曝光不低于1亿像素;②作业时间至少能满足90min，最好具备全天候的作业能力;③有定点曝光功能，确保影像重叠度满足要求。

2技术原理及特点

2.1技术原理

无人机倾斜摄影测量技术较一般的航空摄影技术有所不同。一般的航空摄影的拍摄影像是通过拍摄正下方的事物得到影像，而倾斜摄影的拍摄影像是在相机的主光轴倾斜一定角度的情况下拍摄而来的[1]。此技术的具体操作方法为：除了飞机下方的垂直角度外，在其前后左右的4个倾斜角度下完成5台传感器的搭载，分别对航向重叠度、坐标值、旁向重叠值、航速及航高、飞行航向等数据进行采集，然后进行数据分析，从而为后续工作提供强大的数据支撑。基于GNSS和地理信息等技术的合理结合，可以进一步对多种技术进行科学的融合，从而提高数据分析的精确度。

2.2技术术特点及优势

通过对航空摄影技术的创新与发展，无人机倾斜摄影测量技术扩大了遥感影像的应用范围，颠覆了以往航空摄影测量只能满足正面角度影像采集的方式，其多角度的相机可以同步获取地面的各个物体的各个方向的高精度和高分辨率的航摄影像。

无人机倾斜摄影测量技术的特点和优势：

2.2.1无人机的飞行高度相对较低，可以通过多角度相机对地面物体的顶面和侧面进行多方位和高覆盖的影像数据获取；

2.2.2其影像表达内容趋于多样化和丰富化，所获取的相邻影像之间的旁向重叠度以及航向重叠度都较高；

2.2.3由计算机进行影像匹配和建模，这样高自动化的设置减少了人工干预；

2.2.4对实体的侧面纹理有较清晰的数据采集，优于传统的只能对实体顶部纹理的获取，倾斜摄影技术可以同时获取侧面和顶面的纹理，使实体测量更清晰；

2.2.5综合成本相对较低。无人机的倾斜摄影测量技术有自动化的优势，对实地地形信息采集快捷便利，节省了时间和人力成本。

3无人机倾斜摄影测量技术的应用

无人机倾斜摄影测量及其生产的三维实景模型所具有的独特优势，决定了这项技术具有广泛的应用前景。

3.1利用其生产的城市三维实景模型，可建立虚拟景区和虚拟城市景观，实现大范围的三维景观展示和虚拟漫游，使人通过网络终端就能对景区或城市进行网上旅游，并有身临其境的感觉。

3.2目前，我国智慧城市建设方兴未艾，而智慧城市建设所需的三维建模质量要求高且数量庞大，传统的三维建模技术已明显不能满足需求。无人机倾斜摄影测量借助无人飞行器为载体，可快速获取城市级倾斜影像，实现城市级高精度三维模型建设，快速搭建相关的二三维地理信息框架，为智慧城市建设发挥无可替代的作用。

3.3为了促进我国电力事业发展，将无人机倾斜摄影测量技术应用在规划中，通过无人机倾斜摄影测量，快速建立线路走廊的三维环境，全面准确获取电力线路带状区域地形地物的平面信息、高程信息以及实景状态，通过分析和对比，可选取最适合的方案；还可以利用三维实景模型判断林区分布，让输电工程有效避开林区，更好地实现高压输电线路优化目标。

3.4测绘工作中，无人机倾斜摄影测量可以灵活快速地获取项目区影像，完成项正射影像或地形图的生产、更新，可进行竣工测量等。

3.5还可为城市规划、国土资源、公安、环保等各行各业提供基于三维虚拟现实的高精度三维地理信息服务。

4无人机倾斜摄影测量发展展望

目前,无人机摄影测量技术已经取得了很大的进步,在未来的发展,需要加强硬件、软件和规范的改进,首先是硬件,需要提高无人机的稳定飞行射击效率、阻力和形象,提高图像采集硬件支持的能力,以获得图像精度高,噪音低,节省后期数据处理成本;其次是软件，提高数据加密抗干扰能力，提高图像处理能力，提高信息提取能力，从图像中挖掘更有用的信息;然后，解决无人机服务和服务管理不规范监控的问题，促进无人机倾斜摄影测量技术的进步与发展。

结束语

随着我国科技和经济的迅猛发展，无人机倾斜摄影测量技术的应用也更加广泛。讨论和制定无人机倾斜摄影测量的技术标准将极大促进这项技术的规范应用，更好地为国家建设服务。目前，文中仅提出了一些想法，还需在今后的工作中继续学习、实践、改进。

参考文献:

［1］曹琳．基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析［D］．西安:西安科技大学，2016:26-39．

［2］刘洋．无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究［D］．南昌:东华理工大学，2016:13-14．

［3］李卉．无人机倾斜摄影测量应用于建筑物三维建模研究［D］．阜新:辽宁工程技术大学，2015:49-55．

［4］魏祖帅．倾斜摄影空中三角测量若干关键技术研究［D］．焦作:河南理工大学，2015:45-67．

［5］国家测绘地理信息局．低空数字航空摄影规范:CH/Z3005—2010［S］．北京:测绘出版社，2010．