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        無人機傾斜攝影技術(shù)測繪大比例尺地形圖的可行性研究

        2019-05-21 04:54:04田雷
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年8期

        田雷

        摘 要:隨著社會的進步,各種高新科技逐漸應(yīng)用到人們的生活中,無人機傾斜攝影技術(shù)就是眾多高新技術(shù)中的一種,通過相關(guān)科研人員的不懈努力,無人機的功能逐漸變得多種多樣,廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。在測繪大比例尺地形圖的過程中,無人機傾斜攝影技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,并且解決了傳統(tǒng)大比例尺地形圖測繪中效率低下、準確率低和周期長的問題,該文主要對無人機傾斜攝影技術(shù)進行敘述,然后對該技術(shù)中三維模型的形成流程和相應(yīng)應(yīng)用要點進行敘述和總結(jié)。

        關(guān)鍵詞:無人機傾斜攝影技術(shù);測繪大比例尺地形圖;可行性研究

        中圖分類號:P231 文獻標志碼:A

        隨著城市數(shù)字化建設(shè)逐漸成形,各種高新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。而任何領(lǐng)域的發(fā)展都離不開空間地理的支持,尤其是在大比例尺地形圖的測繪這方面,有著迫切的需求以及高標準的要求。在以往的傳統(tǒng)大比例尺地形圖的測繪工程中,存在著效率低、準確率低、出圖的時間周期長以及成本高昂的缺點。雖然我國衛(wèi)星技術(shù)十分發(fā)達,最高分辨率的衛(wèi)星已經(jīng)達到了0.5 m,還是難以滿足大比例地形圖的測繪,除此之外,傳統(tǒng)的大比例尺地形圖測繪技術(shù),對外部條件還有比較嚴格的要求。因此,這就需要研究者們?nèi)ヌ綄じ玫臏y繪技術(shù),最終研究出了無人機傾斜攝影技術(shù)。

        1 無人機傾斜攝影的基本原理

        無人機傾斜攝影技術(shù)的基本原理就是,通過在無人機的飛行平面上搭建多臺高分辨率相機構(gòu)成的采集影像設(shè)備,來對地面圖像進行采集。在空中作業(yè)的過程中,從垂直和傾斜等方面對目標區(qū)域的圖像進行采集。一般在無人機作業(yè)過程中都是采用五鏡頭的攝影系統(tǒng),與無人機飛行平面中的GPS/IMU系統(tǒng)來獲取目標區(qū)域的數(shù)據(jù),在經(jīng)過相應(yīng)的技術(shù)軟件處理后,形成數(shù)字的表面模型數(shù)字影像以及目標區(qū)域的三維模型。

        2 無人機傾斜攝影的核心技術(shù)

        2.1 多視影像聯(lián)合平差

        無人機傾斜攝影的核心技術(shù)之一就是多視影像聯(lián)合平差,其中攝影影像可以分為2個方面,一方面是垂直攝影影像,另外一個就是傾斜攝影影像。目前區(qū)域網(wǎng)的平差分為3個部分,分別是無約束和有附加約束的區(qū)域網(wǎng)平差,另外還有直接定向的傾斜影像。

        2.2 多視影像的密集匹配

        與傳統(tǒng)的無人機垂直攝影技術(shù)相比,在大比例尺地形圖的測繪過程中,無人機傾斜攝影技術(shù)需要克服由于地形和分辨率變化大而對影像造成干擾的問題。因此,單單運用傳統(tǒng)的匹配方式,不能夠?qū)崿F(xiàn)理想的密集匹配效果,更別說來獲取建模的同名像點。根據(jù)無人機傾斜攝影技術(shù)的現(xiàn)況和需求,近些年來,專家們做了密集的實驗和研究來解決無人機傾斜攝影技術(shù)不能夠密集匹配的問題。實現(xiàn)無人機傾斜攝影的多視影像的密集匹配,能夠得到高精度高密度的地形數(shù)據(jù),這也是使三維模型更加精細的關(guān)鍵。

        2.3 三維模型的形成

        在將得到的無人機傾斜攝影素材經(jīng)過處理之后,接下來就可以形成三維模型。根據(jù)無人機傾斜攝影的數(shù)據(jù)情況所形成的三維模型可以分為2類,一是僅僅利用傾斜影像作為主紋理的三維模型,二是利用傾斜影像的所有數(shù)據(jù)在經(jīng)過相關(guān)軟件處理后制作成的三維模型。

        3 在無人機傾斜攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上,形成三維模型測繪圖的流程

        3.1 測量的控制

        為了保證三維模型構(gòu)建的準確性和成功率,因此在進行正式的無人機傾斜攝影之前,就要求各個方面都要達到控制點的理想測量水平??梢詮囊韵?個方面來使無人機的各個方面達到理想的測量水平,一是提高控制點的測量精確度,二是提高控制點的數(shù)量。象對于面積較大且部分區(qū)域建筑物密集排列的目標區(qū)域,在房屋密集的區(qū)域可以采取每間隔150 m設(shè)置一個控制點,然而在房屋不密集且相對來說比較稀疏的地方,每間隔300 m設(shè)置一個控制點,除此之外,為了提高三維模型的質(zhì)量,應(yīng)最好將控制點設(shè)置在有房頂,道路交叉口這樣的位置上。

        3.2 傾斜攝影影像的獲取和處理

        目前在市場上所流通的傳感器鏡頭有2種,一種是三鏡頭,另一種是五鏡頭,能夠?qū)崿F(xiàn)對目標區(qū)域前后左右以及垂直這5個角度的攝影,在實際的攝影過程中,各個鏡頭能夠相互配合,根據(jù)各個曝光點自動對目標區(qū)域進行攝影,完成多角度攝影任務(wù)。多視角拍攝的影像經(jīng)過處理,建立成虛擬影像后,選擇視野范圍內(nèi)的傾斜攝影影像,將該部分影像數(shù)據(jù)反投射到虛擬影像中,最后對影像進行減少目標區(qū)域凸起建筑物的重影的處理。減少重影現(xiàn)象的方法主要3種,第一種,盡量選擇無凸起建筑的平地作為影像的銜接,第二種,選擇高度密集匹配的方式來完成兩幅影像的拼接,第三種,對傾斜影像和下方影像的直線特征進行識別匹配,并進行適當(dāng)調(diào)整。

        3.3 對所得數(shù)據(jù)進行預(yù)處理

        在三維模型構(gòu)建前,對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理是必須進行的一個環(huán)節(jié),在這個過程中,主要是對影像的完整性,清晰度和是否有大范圍模糊攝影等情況進行檢查,然后要求工作人員對獲得數(shù)據(jù)通過模型編輯的方式來進行預(yù)處理,另外,在對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理時,要避免因為光線的問題而造成的建模差異。

        3.4 空三加密

        在無人機傾斜攝影的過程中,一般都采用自動的空三加密系統(tǒng),首先,要在空三加密系統(tǒng)中輸入具有方位信息的地面控制數(shù)據(jù),然后系統(tǒng)會根據(jù)所輸入的信息自動匹配傾斜攝影中的連接點,然后對連接點進行核對和檢查,排除掉有偏差的連接點,最后進行平差。

        3.5 三維模型的構(gòu)建

        最后一步就是進行三維模型的構(gòu)建,運用批量自動建模軟件進行作業(yè),對上述流程中所獲得的多視角影像數(shù)據(jù)進行校對、平差、匹配以及三角網(wǎng)的構(gòu)建以此來提取影像中的特征,使多視角影像變得可視化,從而實現(xiàn)三維模型的構(gòu)建。

        4 無人機傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用要點和經(jīng)驗總結(jié)

        4.1 應(yīng)用要點

        (1)在傾斜攝影的過程中,可能會出現(xiàn)建筑自遮擋和被遮擋這2種現(xiàn)象,比如橋梁和大量植被遮擋,可以采取多次飛行攝影和多視角攝影的方式來減少這種現(xiàn)象的發(fā)生概率。

        (2)由于現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)還沒有達到理想狀態(tài),因此,無人機傾斜攝影無法在黑暗的情況下進行作業(yè)。無人機傾斜攝影作業(yè)需在光線較好的條件下進行作業(yè)。

        (3)無人機飛行過程中,并非是平穩(wěn)的,難免會出現(xiàn)因為抖動而造成像素的位移,攝影效果模糊的情況,因此,在無人機傾斜攝影作業(yè)的過程中,盡量將像素控制在1/4個像素以下。

        (4)在對目標區(qū)域的影像進行采集時,主要采集內(nèi)容為建筑的側(cè)面,基于這樣的要求,就常常需要人工對建筑進行定點采集數(shù)據(jù),而在采集過程中,難免會出現(xiàn)因為人工誤差而造成的失誤,因此不光要對傾斜攝影技術(shù)進行升級,還要對工作人員能力進行培養(yǎng)。

        4.2 經(jīng)驗總結(jié)

        在進行大比例尺地形圖測繪時,一是要對航拍區(qū)域的房屋密集區(qū)進行多次加密拍攝。二是針對模型的采集要有一個清晰的邏輯思維判斷,對于無法進行測繪的區(qū)域果斷放棄,不拖延工程的進程。三是對于目前區(qū)域中無法進行建模的建筑物采用傳統(tǒng)建模的方式。四是對于山區(qū)建模時,植被覆蓋率較高,采用傳統(tǒng)建模。

        5 結(jié)語

        隨著社會的發(fā)展,科技的進步,數(shù)字化的城市建設(shè)也在不斷地進步,目前,越來越多的領(lǐng)域?qū)o人機傾斜攝影技術(shù)的需求愈發(fā)迫切,并且希望能夠應(yīng)用到大比例尺地形圖的測繪中。本文對無人機傾斜攝影技術(shù)進行了敘述和一些相關(guān)的技術(shù)總結(jié),希望能為相關(guān)人員提供幫助。

        參考文獻

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