□ 羅安仲 黃海波 何遠(yuǎn)芳 劉 芳

1??引言

21世紀(jì)，科技發(fā)展日新月異，對(duì)社會(huì)各行各業(yè)都產(chǎn)生了極為重要的影響，傾斜攝影測(cè)量便是其中之一。它是通過(guò)飛行平臺(tái)將傳感器搭載起來(lái)，搭載的傳感器數(shù)量并不限于1臺(tái)，完成影像的同步采集，從而獲得更為真實(shí)的地物方面的信息。這一技術(shù)具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用，在經(jīng)濟(jì)建筑的諸多領(lǐng)域都可以見(jiàn)到其身影。隨著傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，對(duì)航攝效率、分辨率等提出了更嚴(yán)苛的要求，促進(jìn)了其進(jìn)一步的革新和發(fā)展，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量便是在此背景下誕生的。這一最新型的測(cè)量技術(shù)，將攝影測(cè)量的應(yīng)用提升到了一個(gè)新的高度。

2??相關(guān)概念概述

2.1 無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)

無(wú)人機(jī)攝像技術(shù)指的是在無(wú)人機(jī)上搭載影像采集傳感器，從多個(gè)角度進(jìn)行拍攝，主要從垂直和傾斜方向入手，其中垂直4個(gè)傾斜5個(gè)，從而使呈現(xiàn)出的世界更為真實(shí)和直觀。無(wú)人機(jī)傾斜技術(shù)的高速發(fā)展，使其具備的垂直和傾斜攝影技能得到了更為廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)這兩種技術(shù)的比較，可以發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傾斜技術(shù)相關(guān)工作者不用再佩戴一些專業(yè)設(shè)備如立體觀測(cè)眼鏡進(jìn)行工作，而是通過(guò)自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)從各種角度來(lái)獲得分辨率更高的影像信息，且能生成數(shù)字三維模型，這些優(yōu)勢(shì)使其廣泛地應(yīng)用到應(yīng)急救災(zāi)搶險(xiǎn)、城市管理以及數(shù)字城市建設(shè)過(guò)程中[1]。

2.2 傾斜攝影技術(shù)

近年來(lái)，測(cè)繪技術(shù)迅猛發(fā)展，傾斜攝影便是其一，作為一種新型的測(cè)繪技術(shù)，其讓拍攝的角度更為多元，不再局限于一個(gè)方向，通過(guò)搭載的傳感器，增加影像采集的角度，從而將用戶引入一個(gè)更為新奇的世界，使肉眼看到的更加真實(shí)。該技術(shù)研究的是區(qū)域各攝站點(diǎn)5個(gè)方向的影像，這5個(gè)方向分別為：垂直、左視、右視、前視和后視，以此來(lái)生成三維實(shí)景方面的模型，并展現(xiàn)被拍攝區(qū)域地物的大小、形狀、側(cè)面等特征。傳統(tǒng)的攝影測(cè)量主要是生產(chǎn)正射方面的影像并繪制各種類型的比例尺地圖；傾斜攝影測(cè)量除了具備上述功能之外，還能生產(chǎn)三維實(shí)景模型，對(duì)地物的縱橫斷面、側(cè)面等進(jìn)行測(cè)量，并模擬三維場(chǎng)景，通過(guò)對(duì)地物的360度無(wú)死角的拍攝，提高了攝影測(cè)量的應(yīng)用范圍[2]。

2.3 工作原理

在無(wú)人機(jī)的飛行平臺(tái)上安裝多臺(tái)數(shù)碼相機(jī)，從垂直和傾斜角度拍攝，并收集高分辨率的圖像。其中，5個(gè)鏡頭的傾斜拍攝較為常見(jiàn)，結(jié)合兩個(gè)數(shù)據(jù)類型（像控點(diǎn)數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)），并通過(guò)對(duì)相關(guān)軟件的利用來(lái)對(duì)模型、技術(shù)等進(jìn)行處理，這便是這一攝影技術(shù)蘊(yùn)含的工作原理。

3??技術(shù)的特征概述

3.1 技術(shù)方面

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)待測(cè)目標(biāo)的拍攝更為真實(shí)、直觀，主要是源于其搭載了多個(gè)攝影頭，可以從不同的角度拍攝，并能獲得待測(cè)目標(biāo)的頂部、側(cè)面的相關(guān)信息。此外，該技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，在操作方面也有了明顯的進(jìn)步，不僅操作更為簡(jiǎn)便，且續(xù)航和載重方面都有了較大進(jìn)步。與此同時(shí)，傾斜攝影無(wú)人機(jī)搭載的是遙感探測(cè)技術(shù)，極大地縮短了攝像時(shí)間，提高了測(cè)繪工作的效率、效果和效益[3]。

3.2 鏡頭方面

鏡頭是拍攝的基礎(chǔ)，為了拍出更為直觀和真實(shí)的照片可采用傾斜攝影無(wú)人機(jī)，通過(guò)搭載一組或多組的鏡頭來(lái)節(jié)約成本。一般來(lái)說(shuō)，多組鏡頭與單組鏡頭相比，像素較低，一般為2000萬(wàn)像素，而單組鏡頭則達(dá)到了3500萬(wàn)的像素；與此同時(shí)，相機(jī)的曝光時(shí)間也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，相比較而言，時(shí)間會(huì)縮短。為了讓多組鏡頭更好地工作，傾斜攝影無(wú)人機(jī)需要搭載更大容量的電池，一般而言，其工作的時(shí)間多于90min。

4???技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

4.1 多角度采集信息

垂直攝影指的是從垂直角度進(jìn)行拍攝，角度呈現(xiàn)較為單一，獲得信息的能力也較為低下。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)則有效改變了這一狀況，通過(guò)在多個(gè)角度安裝攝像頭，可以對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行更多維度的觀察，也能有效獲取目標(biāo)的側(cè)面信息，突破了傳統(tǒng)垂直攝影的局限性。從多個(gè)角度得到的信息為后續(xù)的測(cè)繪工作打好了基礎(chǔ)，有效提高了三維測(cè)繪水平和效率。

4.2 對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行還原

在測(cè)量工程中，對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行還原也是工作中的重要一環(huán)，可以讓后續(xù)工作進(jìn)展更為順利。垂直攝影方式由于拍攝角度的問(wèn)題，往往無(wú)法對(duì)待測(cè)目標(biāo)的側(cè)面信息進(jìn)行拍攝，這就會(huì)讓還原工作面臨著種種困難。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)恰恰解決了這一問(wèn)題，通過(guò)對(duì)待測(cè)目標(biāo)側(cè)面和頂面信息的采集，從角度、高度等進(jìn)行全面的呈現(xiàn)，提高了還原工作效率。

4.3 讓成像更為真實(shí)和清晰

傾斜攝影搭載的攝影頭無(wú)論是成像能力還是影像自身的分辨率都比垂直攝影要高，此外，其還能清晰地呈現(xiàn)出待測(cè)目標(biāo)的紋理，這對(duì)于分析目標(biāo)的特征、工作周圍的環(huán)境都具有積極影響。

5??具體應(yīng)用

5.1 在航線設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)傾斜攝影與垂直攝影相比，具有多角度采集影像數(shù)據(jù)的特征，因此，其可以展開(kāi)對(duì)無(wú)人機(jī)的鏡頭和待測(cè)目標(biāo)距離、飛行高度等方面數(shù)據(jù)的計(jì)算，有利于提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，讓航線設(shè)計(jì)工作有了新的指導(dǎo)方向，提高了航線設(shè)計(jì)的工作效率。

5.2 在地面觀測(cè)方面的應(yīng)用

在測(cè)量工程中，地面觀測(cè)是其重要的工作環(huán)節(jié)之一。進(jìn)行地面觀測(cè)時(shí)，不僅需要對(duì)地面的平面特征進(jìn)行觀測(cè)，還需要對(duì)地面的狀態(tài)、存在的目標(biāo)等進(jìn)行觀測(cè)。傳統(tǒng)的垂直攝影在觀測(cè)時(shí)，往往只能從頂部入手，而無(wú)法觀測(cè)到其他的信息，如與地面高度方面的信息。傾斜攝影技術(shù)的多角度拍攝特征，可以獲知地面高度的變化。這些信息對(duì)于測(cè)繪人員來(lái)說(shuō)具有重要的作用，通過(guò)為其提供高度信息，可以使測(cè)繪人員對(duì)地面不同高度的目標(biāo)分析更為準(zhǔn)確，也有利于提高其測(cè)繪分析的效率。

5.3 在GPS 布設(shè)方面的應(yīng)用

在測(cè)量工程中，GPS布設(shè)也是其中關(guān)鍵的一環(huán)，有利于實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)攝像數(shù)據(jù)的同步，是提高工作效率和效果的重要途徑。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要對(duì)GPS布設(shè)的精度有著嚴(yán)格要求。在完成GPS布設(shè)后，接下來(lái)要做的工作便是接收信號(hào)，可以說(shuō)信號(hào)接收是在完成GPS布設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，目的在于更順暢地接收測(cè)繪方面的數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)在接收信號(hào)前，首先應(yīng)保障其具有充足的供電，對(duì)于傳統(tǒng)的垂直攝影方式而言，由于得到信息密度較低，需要擴(kuò)大面積來(lái)完成對(duì)待測(cè)目標(biāo)的攝影，無(wú)疑會(huì)延長(zhǎng)攝影時(shí)間，因而需要無(wú)人機(jī)擁有更充足的供電。傾斜攝影是以多種攝影模組的形式存在的，可以用更少的拍攝次數(shù)來(lái)進(jìn)行多角度的拍攝，大大縮短了攝影工作時(shí)間，能夠有效降低無(wú)人機(jī)在供電方面的壓力，擴(kuò)大其攝影工作的范圍，讓GPS布設(shè)的工作效率提高到一個(gè)新的等級(jí)。

5.4 在數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)在攝影完成后，需要對(duì)攝影采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而為后續(xù)工作的順利開(kāi)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。傾斜攝影技術(shù)與傳統(tǒng)攝影技術(shù)相比，能夠從多個(gè)角度來(lái)獲取等待測(cè)試目標(biāo)的信息，有效增加了數(shù)據(jù)處理的維度，獲得更多的參考信息，大大提高了數(shù)據(jù)處理工作的效率和效果。此外，由于傾斜攝影技術(shù)搭載了預(yù)處理系統(tǒng)，可在攝影完成后利用這一處理系統(tǒng)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，一些無(wú)效的數(shù)據(jù)能被有效剔除，大大提高了POS數(shù)據(jù)處理效率，使其精度和速度都提升到了一個(gè)新的高度。

具體來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理使用的軟件共包括兩類，分別為Smart3D4.4.9、EPS2016三維測(cè)圖軟件。這兩種軟件具有不同的工作原理，如Smart3D軟件構(gòu)建三維實(shí)景的模型和測(cè)區(qū)正射影像的數(shù)據(jù)來(lái)源于無(wú)人機(jī)影像；EPS2016三維測(cè)圖軟件則是根據(jù)測(cè)區(qū)正射影像、三維實(shí)景模型來(lái)進(jìn)行三維的測(cè)圖。

相關(guān)工作者在處理無(wú)人機(jī)的影像前，首先要做的是對(duì)采集到的影像數(shù)據(jù)的處理工作，如篩選、剔除，將曝光度較高、成像模糊或重復(fù)的影像進(jìn)行刪除處理，否則Smart3D軟件的處理工作將無(wú)法順利完成；其次，便是對(duì)像控點(diǎn)的處理，可將其刺在影像上，并對(duì)空中的三角測(cè)量加以處理。在進(jìn)行這部分工作時(shí)，由于POS數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)寫進(jìn)影像中，因此處理時(shí)無(wú)須再將POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入，而是處理完像控點(diǎn)之后就可以進(jìn)行空中三角測(cè)量的處理。此外，還可以從工程的實(shí)際需要出發(fā)，來(lái)對(duì)Smart3D軟件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，軟件便會(huì)自動(dòng)構(gòu)建；最后，利用EPS2016軟件讓二三維聯(lián)動(dòng)起來(lái)對(duì)地形圖進(jìn)行繪制。這樣的測(cè)量方法能夠提高測(cè)量的精度，降低地理環(huán)境對(duì)其的影響，提高其數(shù)據(jù)處理效率。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程

5. 5 在質(zhì)量控制方面的應(yīng)用

傾斜攝影技術(shù)的信息來(lái)源更加豐富，這對(duì)于提高質(zhì)量控制效率來(lái)說(shuō)具有重要的作用，同時(shí)也是提高測(cè)繪精度的重要途徑。傾斜攝影的質(zhì)量控制主要包括：在數(shù)據(jù)獲取中的質(zhì)量控制、對(duì)數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量控制。

5.5.1 數(shù)據(jù)獲取控制

無(wú)人機(jī)在攝影中獲得的數(shù)據(jù)較多，影響數(shù)據(jù)獲取的因素眾多，如攝影時(shí)間、角度、高度等。傾斜攝影技術(shù)由于能夠從不同的角度來(lái)拍攝，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行對(duì)比、分析，可以大大提高測(cè)量工程中的無(wú)人機(jī)成像質(zhì)量。與此同時(shí)，通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)航線，保障了所拍攝的影像質(zhì)量，當(dāng)其不符合測(cè)量方面的要求時(shí)，可以通過(guò)補(bǔ)拍的方式，來(lái)降低測(cè)量工程工作中的誤差。

5.5.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于測(cè)量工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，是決定其水平高度的重要因素。當(dāng)無(wú)人機(jī)在拍攝完成后，POS可對(duì)GPS 數(shù)據(jù)和拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，在此過(guò)程中，一些不連續(xù)的數(shù)據(jù)能夠得到有效的補(bǔ)充。傾斜攝影可以大大提高數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量，可以使相關(guān)的數(shù)據(jù)信息更全面、更精確，因此，數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)垂直攝影技術(shù)相比，出現(xiàn)的不連續(xù)數(shù)據(jù)較少。與此同時(shí)，由于信息密度較大，也會(huì)大大提高數(shù)據(jù)補(bǔ)全工作效率[4]。

6??結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)作為一種新型技術(shù)，在現(xiàn)代測(cè)量中發(fā)揮著重要的作用。本文對(duì)其具體應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)探究。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用，具體體現(xiàn)在航線設(shè)計(jì)、地面觀測(cè)、GPS布設(shè)、數(shù)據(jù)處理以及質(zhì)量控制等方面。傾斜攝影無(wú)人機(jī)以搭載的多組鏡頭優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)需要測(cè)定的目標(biāo)進(jìn)行多角度的拍攝，在提升信息密度的同時(shí)，也能使呈現(xiàn)的影像更為立體和直觀。