基于无人机倾斜摄影测量技术的地形测绘研究

基于无人机倾斜摄影测量技术的地形测绘研究

王鹏

核工业西南勘察设计研究院有限公司 四川 成都 610000

摘要：近年来,国内外测绘工作者将无人机应用于测绘中的案例越来越多。传统的航空摄影测量法已暴露出诸多不足,比如:航测成本高、飞行过程中需专业的飞行员操作、航线申请困难、航摄周期长。无人机技术应用于测绘行业,在一定程度上弥补了传统航空摄影测量的不足,提高了工作效率、减少了测量成本。

关键词：倾斜摄影测量；无人机；三维建模

引言

倾斜照相技术是利用无人飞行器等传感器，在单垂直、多角度、多倾斜拍摄大地，依据传送装置自身坐标、航高和航速；通过对地面的实际测量，可以获得各种地物的精确测量数据，包括航线和侧线交迭等。与常规的航摄技术及GPS-RTK技术相比较，具有操作灵活、拍摄范围广、数据易于处理等优点；它具有较高的测量费用，可以用于多种大尺度的地貌元素的实时采集。倾斜照相技术能够实现地物点云的自动产生，从而建立高精度的立体立体和数字化的线画。

1无人机倾斜摄影测量技术特点

无人机倾斜成像技术是三维立体成像技术中的一项新兴技术，它在三维建模、正射成像、遥感图像处理等方面都有着广阔的应用前景。在中国农用地一体化测量系统中，利用无人机的视角、运动范围和视角的持续改变，可以实时获取多幅多维影像，实现多角度、全方位、逼真的三维建模，获取各类实时影像和三维地图的数据。当前，由于资料处理部高度自动化，节约了大量的人力物力和人力，制作出的3D复制品能够降低生产费用；利用无人侦察机能最大程度地节约人工，增加工作的工作效率，减少由于时间和其他原因导致的工作延迟。同时，利用无人机的倾角成像技术，能够较好地获取顶部、侧面和其它地面建筑的具体情况，便于建立立体建模，便于对地表图像和地表建筑进行综合建模，较其它技术和测试媒体的使用；由于无人驾驶飞机具有较高的灵活性，不会受到地面建筑等地形条件的干扰，具有较好的适应能力，能够快速、准确地获取地表影像资料，从而能充分了解所测区域或建筑的情况，从而大大减少了整体的测绘费用。

2倾斜摄影测量原理

倾斜航拍是一种新的航空摄影方法，它是用倾斜的航空照相技术来获得地面物体的资料。与垂直飞行照相方法仍有一定的不同，倾斜照相一般都是以五个方向进行数据采集，分为正面、背面；左右视角，与惯性导航系统相结合，获得了高精度的位置、姿态，并由相应的软件进行处理，最终形成一个统一的坐标体系；为以后的数据处理提供了方便。倾斜摄影技术可以用于无人驾驶飞机，它是一种利用俯仰拍摄的方法，从多个角度获取数据。根据图像数据，可以对任何点、线进行量测，获得毫米级精度，并能实现三维GIS的自动建模，具有成本低、效率高、数据精度高的特点；由于其使用简便的特点，可以最大限度地优化内外业的平行工作，较好地解决了由于气候和人为因素而导致的工作延迟。

3测量流程

3.1采集数据

由现场工作人员按照数据采集技术方案布设像控点，无人机飞手负责将多个不同角度传感器搭载在无人机上，以小时为单位，按照一个垂直面、多个不同角度倾斜面进行地形数据采集，并对采集数据及影像进行整理，导入Smart3Dcapture软件。

3.2资料搜集

测量前先对测区资料进行搜集，一是地形数据资料，如坐标系统、高程基准参数、控制点成果及测区历史测绘数据资料；二是无人机数据资料，如航向航速、摄像头或传感器工况参数、飞行高度、影像重叠度、分辨率等，并提前办理无人机航飞空域申请。

3.3调绘补测

根据实景三维模型，对地物位置类别等信息进行核查，对存在问题的进行调绘与补测，保证现场数据与三维模型一一对应。

3.4三维建模

数据影像导入后，由Smart3Dcapture软件自动解算生成空三并加密处理，利用多视影像联合平差技术生成高密度点云，并生成实景三维模型,再由技术人员根据点云数据和三维模型快速绘制地图。

3.5成图检查

将最终地形图进行分幅整饰，对地形图的地理精度、数学精度、属性精度及附件质量进行验收，确认无误后提交质检部门审核。

4无人机倾斜摄影测量技术的具体应用

4.1选择地面控制点布设与坐标系统应用

无人机倾斜摄影测量技术进行农村房地一体测绘时，还需要加强地面控制点布置和协调系统的选择。在此过程中，相关人员应严格根据试验区的航线设置和地形变化合理确定地面控制点的数量，确保地面控制点布设的密度，从根本上保证三维模型的准确性。另外，在控制点的布置中，还要在满足测量精度的前提下，考虑测量成本、时间等因素，使图像控制点的布置方案符合现场测量要求。例如，在农村房地一体测绘中，为了满足航空摄影分辨率为0.0lm的要求，村庄内各地面控制点之间的距离应大约保持在80m。一般来说，地面控制点主要包括色标记点和油漆标记，在测绘布局规划中，针对区域内地质较为坚硬的地面像控点，通常还需要使用油漆标记，而在地面像控点质地比较柔且较容易受损坏的区域而言，应设置临时色标记，并将其用作地面像控点的标志。

4.2外业飞行方案设计

从本质上讲，房屋与土地的测量以乡村为主体，因其测量范围有限，在实地调查中难以实现；农村地区分布比较广，调查范围也比较大。为了获得高精度、高质量的影像资料，必须选用轻型和小型旋翼单目标飞行器，其应用优势表现在：1）所涉及的硬件和结构均以轻型装备为主，整体重量轻，便于携带；(2)单次飞行的工作区域，完全能够满足农村地区整体测绘的需要；(3)采用单面反射镜，可以根据测量范围内的建筑物高度和间距，实现对测量角度的科学调节；(4)总费用低，能确保飞机的安全性。同时，在航路规划和方案的优化设计中，要充分考虑到目前的航路状况，科学、合理地进行航路规划；主要用于地面分辨率，飞行高度，图像叠加速度；如导航高度等，由于这些设计参数会对影像资料的获取精度和真实性产生一定的影响，所以要根据实际情况，进行适当的规划。在我国的一个农村地区，由于住房的分布比较密集，在进行房地一体测绘的过程中，往往会出现一些问题。

4.3真实场景的3D建模

在农村房地一体测绘中，可以通过无人机倾斜摄影测量技术获得相应的坐标和影像资料，并将获取的数据和信息结合起来，实现实景三维建模。基于真实场景的3D建模可以将POS系统提供的多视影像元素作为起始值，应用尺度和算法对图像特征进行科学匹配，也可以使用波束方法实现更高的精度，并加强对测量数据和图像的控制。在计算测量数据的过程中，可以使用ContextCapture系统执行影像匹配算法和自动纹理计算，该算法使用最先进的手段，不断提高三维实体建模的准确性。

结束语

采用测区周围均匀布设及加强测区边角控制的控制点布设方法进行空中三角测量时，具有较高的成果精度，能够满足绝大多数实际要求。研究结果对高精度智慧城市模型重建、三维地理空间信息分析以及真实反映客观地物并进行量测等方面具有重要参考价值。

参考文献

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