倾斜摄影测量技术实施流程与精度分析

倾斜摄影测量技术实施流程与精度分析

魏燕兴

阳泉市自然资源卫星应用技术中心 山西阳泉045000

摘要：近年来，无人机低空倾斜摄影测量技术的广泛使用，极大地提升了地面立体建模的效率，然而，目前地面立体建模中，由于缺乏对地面立体建模的有效控制，往往需要对地面立体建模中的像素点进行适当的调整，或者在地面上增大像素点的数目，从而造成了人工与经济上的双重负担。为了提升无人机斜视影像的三维建模精度，本项目拟采用基于定高的层状基础，在不同的高程部位布设像控点，并以RTK测量得到的像控点三维坐标作为参考，实现三维建模。与常规的像控点布设方式相比，像控点布设方式可以提高三维模型的精度，可以为类似的测量工作提供借鉴。

关键词：倾斜摄影；像控点布设；三维模型精度

倾斜摄影是目前航拍技术中较为流行的一种测量方法，利用无人机搭载的倾斜摄影技术进行大比例尺地形测量，能够有效地实现高精度测量。当前，在航行区内设置像控点是当前的主流方法，但这类方法要求野外工作人员到航行区内进行实地测量，从而导致了大量的外业工作量。在安装条件不佳时，还可能危及现场工作人员的生命安全。

1无人机倾斜摄影测量技术介绍

倾斜摄影测量技术是现代信息技术快速发展的技术成果，因为其在精度和效率上都具有显著的优点，所以在如今的社会中，被大量地应用在了很多的生产和建设中。与传统的测量技术相比，倾斜摄影测量主要是在无人机设备上安装数据采集相机和探测传感器，对具有复杂形状的目标进行表面扫描和数据信息采集和分析。但是，随着无人机和信息技术的不断发展，无人机遥感和倾斜摄影技术能够更加完善地融合，应对更为复杂的环境，从而扩大了其适用范围，增强了其对复杂环境的适应性，提高了测量精度。无人机的倾斜摄影测量是由无人机遥测和倾斜摄影测量共同完成的。

1.1无人机遥感技术

即装备有发射装置的无人侦察机，在无线通讯的作用下，按照预先设定的飞行路径，对被测对象进行飞行、拍照。在此基础上，实现对地物表面特征的快速、大规模采集，并将其传送给地物进行分析、处理和建模。这种方法在现代测试技术中有着显著的优点。

1.2倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量采用多镜头高清晰度摄像机的飞行装置，通过对测区5个方向（竖向、前后向、左右向）的影像分析，建立具有真实感的三维模型。该方法能够对被摄对象的平面位置、外观、高程、侧面、断面、地貌等进行直观、细致的描绘与研究，使传统的摄影测量方法有了很大的改进。倾斜摄影测量的影像资料能够直接显示出被测对象的真实面貌，并且能够与GPS定位技术相结合，将被测对象的地理、属性等信息标注到影像中，从而给使用者带来更为丰富的体验，拓展其适用领域。

1.3无人机倾斜摄影测量的特点

1)能够反映物体的真实状况，并能够对物体进行测量。利用无人机的倾斜摄影技术，可以获取更接近实际情况的物体表面三维数据，与常规制造的物体相比，具有更高的精度。

2)具有高效率和低成本。

无人机倾斜摄影测量可以实现三维模型的快速、自动化，极大地缩短了工作时间，提升了模型的制作效率，并有效地节约了成本。

2无人机倾斜摄影测量系统

无人机摄影测量系统是一种可以安装在无人机上进行工作的系统，它具有体积小、质量轻、反应速度较快、飞行灵活等优点，可以在多种飞行条件下升空进行测量，还可以与高精度图像捕获系统相结合，从而达到高精度的地理测量要求，这可以有效地弥补卫星遥感和航空遥感在精度上的缺陷，从而在小范围的区域中获得全部地理信息的能力得到显著提高。在技术发展的过程中，我国自主开发的无人机航拍测量系统，已建立起一套较为完备的测量机理，并提高了无人机与摄影测量系统的协调性，基本能够满足目前的测量需要。

2.1硬件系统

(1)机载控制系统。无人机的机载系统包括无人机机身，摄像系统，通讯系统，飞控系统。在飞机正常工作时，可以按照地面控制器的指示或者预先设定的飞行计划对其进行操纵，同时还可以将诸如飞行速度、高度等的飞行状态信息通过通讯系统传送到地面控制器。

(2)一种用于地面监控的装置。在无人机的基础上，提出了一种基于无人机的地面控制方法。该系统包括一套完整的通讯系统，以及一套完整的运算与控制设备。该系统能够实时获取无人机在飞行中的各种基本参数，并对其进行实时调整，如高度、速度、航迹等，并对其下达飞行指令，实现对其的整体操控。

(3)一种航拍装置。航拍系统是无人机测绘的重要组成部分。一般情况下，可依据实际情况，配置具有不同性能的航拍设备（如数码相机、遥感成像仪等），满足各种测量需求。

2.2软件系统

(1)航迹计划体系。航迹规划系统是无人机拍摄过程中进行数据收集和处理的一种软件，它直接关系到无人机的定向和定位精度。一般情况下，在进行无人机航拍前，需要根据飞行距离、地形地貌等要素，并根据航拍需求，由航空摄影规划系统设定无人机的基本方位、分辨率等参数，这样，无人机就可以根据预先设定的路径，完成对已经建立好的地物信息的测量。

(2)图象预处理。航拍测量所获得的影像，往往会产生一定程度的畸变或反差不显著。影像预处理系统主要是对由无人机拍摄到的影像资料，进行影像的增强、旋转及修正，以提高影像资料的准确性。并按照资料的保存与利用的需要，将航空摄影资料转化成一种通用的格式，方便以后查阅。

3倾斜影像三维重建方法

在此基础上，通过采集多视角图像、POS定位和现场测量的像控点，对图像进行预处理，然后通过空中三角测量、三维重构和纹理制图，得到具有真实纹理和空间坐标的三维可测量模型。如果待测地区的资料数量庞大，故仅选择房屋较为集中的地区进行三维重构。

3.1多视密集匹配点云

采用多视垂直、斜向图像的空三法，基于无人机航拍过程中获取的POS数据，结合现场人为设置的像控节点，采用SIFT算法，对图像中的同名节点进行提取、配准，并在两幅图像之间建立衔接节点，构造误差方程，解算出图像的准确外方位要素以及图像中添加节点的位置。采用多视角图像稠密匹配方法，获取重构区的稠密图像，为三维网格的建立和整体三维模型的生成奠定基础。

3.2模型纹理生成

其实质是将2D信息与三维模型曲面进行匹配，并将2D的灰度与三维对象曲面进行匹配，从而获得与真实感颜色一致的三维模型。当前，比较常见的一种纹理映射方法，是使用倾斜摄影获得的POS数据，将二维图像与三维模型中相对应的点和线进行匹配，并选取较高分辨率的图像，构建出一个纹理库，以供进行模型匹配使用。在模型匹配方面，利用高精度的纹理信息，将其与模型曲面相对应，从而获得一种既能反映实际情况又能测量的、能反映真实情况的、完整的、可测量的建筑物模型。在纹理地图绘制完毕后，将整个模型修改为一个可测量的、完全的三维重构模型。在此基础上，通过对三维空间加密精度、地面检查点精度和细节构造精度的测试，评价三维空间重构技术是否能够满足高精度建筑模型的需求。

结论

随着倾斜影像技术的不断发展，现有的某些算法虽然在小尺度上具有良好的匹配效果，但仍无法满足高精度影像的需求，而且配准速度较慢。倾斜摄影测量作为一种新的技术，其精度评估体系尚不健全，因此，未来还需寻找更加有效和准确的评估因素，并对其进行科学和严谨的评估。

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