靳巧珠

（天水三和數(shù)碼測(cè)繪院，甘肅 天水 741000）

貼近攝影測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)是傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)由于其高分辨率和高真實(shí)感，能真實(shí)立體的還原地表實(shí)際狀況，在大比例尺地形圖測(cè)繪、地形規(guī)劃，防災(zāi)應(yīng)急保障、日照分析，控高分析，攝像頭監(jiān)控，地質(zhì)工程一體化，淹沒分析，地質(zhì)遺跡的保護(hù)、景區(qū)展示等方面有廣泛的利用前景。

1 貼近攝影測(cè)量技術(shù)概述

貼近攝影測(cè)量是針對(duì)精細(xì)化測(cè)量的一種技術(shù)方式，該項(xiàng)技術(shù)最初應(yīng)用于礦山滑坡、危巖、地質(zhì)監(jiān)測(cè)、水利工程等應(yīng)急測(cè)繪。和遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)相比，貼近攝影測(cè)量是使用貼近物體表面（攝影距離為5m～50m）攝影獲取超高分辨率影像的無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)，它具有超高的空間分辨率和360°無(wú)死角的觀測(cè)視角。

多旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、安全易操作、影像成果分辨率高等特性是貼近攝影測(cè)量實(shí)現(xiàn)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。而航線的規(guī)劃則是貼近攝影測(cè)量成功實(shí)施的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

2 案例選取

貼近攝影測(cè)量的對(duì)象大致可以分為四類：近似垂直的立面、斜坡面、柱體或近圓形建筑、常規(guī)工程建設(shè)。本文選取礦山地質(zhì)勘查區(qū)域?yàn)榘咐龑?duì)象。地質(zhì)施工勘查區(qū)域位于甘肅天水東南的麥積山上，該地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。該研究區(qū)域的海拔高度在1100m到1500m之間，氣候的特點(diǎn)是寒冷、干燥、晝夜溫差較大。這一區(qū)域的主要礦產(chǎn)種類是錫銅鉛鋅銀，主要的開采方法是地下開采。因地形限制，傳統(tǒng)的傾斜攝影方式無(wú)人機(jī)航高較高，獲取的影像分辨率較低，地質(zhì)結(jié)構(gòu)成像的三維模型不夠清晰。因此需要貼近攝影測(cè)量補(bǔ)充拍攝。

3 貼近攝影測(cè)量作業(yè)流程

針對(duì)不同的作業(yè)對(duì)象，貼近攝影測(cè)量的作業(yè)流程也有所不同。但基本都遵循一個(gè)由“大”到“小”，由“粗”到“細(xì)”的過程。所謂大，是說在作業(yè)前必須要有該測(cè)區(qū)的大致地理概況的數(shù)據(jù)，一是準(zhǔn)確提取無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)、降落點(diǎn)；二是判斷航飛范圍內(nèi)有無(wú)高大樹木、凸起巖體、高壓電線等障礙物，排除航飛安全隱患，為無(wú)人機(jī)航飛提供安全保障；三是為準(zhǔn)確規(guī)劃航線提供基礎(chǔ)資料。所謂“小”，是說航飛的對(duì)象是大的地理環(huán)境中的某個(gè)點(diǎn)或某個(gè)面。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、軟件、硬件設(shè)備準(zhǔn)備完成后即可實(shí)施貼近攝影測(cè)量工作，其整個(gè)作業(yè)流程如下圖：

圖1 地質(zhì)工程貼近攝影測(cè)量流程

4 貼近攝影測(cè)量實(shí)施過程

貼近攝影測(cè)量的實(shí)施是一個(gè)流程化、精細(xì)化的過程。實(shí)施過程可以分為三大部分：航線規(guī)劃、航攝實(shí)施、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

4.1 航線規(guī)劃

以選取的案例來(lái)對(duì)航線規(guī)劃做具體說明。在本次作業(yè)之前，已收集了麥積山的傾斜攝影實(shí)景三維模型、高精度點(diǎn)云等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用嘀噠好圖的無(wú)人機(jī)訂單平臺(tái)來(lái)做航線規(guī)劃。

圖2 貼近測(cè)量航線規(guī)劃

4.1.1 確定范圍

因?yàn)榈V山地質(zhì)勘查區(qū)域處于一個(gè)直立式懸崖上，航線規(guī)劃的對(duì)象要選擇立面。在軟件的拍攝方式選擇界面選擇立面，加載已有的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在崖壁的左下角、右下角、崖頂量測(cè)三點(diǎn)，提取三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，確定航拍寬度及高度。因?yàn)辂湻e山崖下地形起伏大，樹木茂密，在定崖下點(diǎn)的時(shí)候著重考慮離地距離，確保飛行安全。

4.1.2 生成航線

航線一般利用軟件自動(dòng)生成。在平臺(tái)中已加載的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選擇一個(gè)離航拍對(duì)象較近且空曠的位置一作為無(wú)人機(jī)起飛點(diǎn)，設(shè)置無(wú)人機(jī)拍攝方向、距離立面距離、數(shù)據(jù)采集精度、旁向航向重疊度等參數(shù)后點(diǎn)擊進(jìn)行航線計(jì)算自動(dòng)生成航線。

4.2 航拍實(shí)施

無(wú)人機(jī)的選擇是貼近攝影測(cè)量實(shí)施的一個(gè)要點(diǎn)，無(wú)人機(jī)要盡量輕巧靈活，便于操控。在無(wú)人機(jī)選擇方面，本次作業(yè)選擇了大疆精靈Phantom 4 RTK，這款無(wú)人機(jī)小巧便攜，又有厘米級(jí)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)。作業(yè)難度和成本低，精度和效率高。本次無(wú)人機(jī)航拍時(shí)距離礦山地質(zhì)表面僅20m，對(duì)無(wú)人機(jī)航攝來(lái)說這是一個(gè)相當(dāng)有挑戰(zhàn)性的距離。

4.3 實(shí)景三維模型生產(chǎn)

航空攝影的數(shù)據(jù)處理選擇了自動(dòng)高效的ContextCapture軟件進(jìn)行空三加密及三維模型生產(chǎn)。在具體地質(zhì)施工作業(yè)過程中，首先對(duì)貼近攝影測(cè)量的航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密，加密完成后在已有的傾斜攝影測(cè)量三維模型成果上提取貼近攝影測(cè)量同名點(diǎn)坐標(biāo)，將這些同名點(diǎn)坐標(biāo)當(dāng)做控制點(diǎn)，導(dǎo)入貼近攝影測(cè)量空三工程中并轉(zhuǎn)刺。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的具體流程如圖3所示。

圖3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的具體流程

5 技術(shù)要點(diǎn)及難點(diǎn)

貼近攝影測(cè)量的技術(shù)要點(diǎn)和難點(diǎn)基本上是相伴而生，要點(diǎn)同時(shí)也是難點(diǎn)。下面是在本次測(cè)試中遇到的難點(diǎn)。

5.1 貼近攝影飛行姿態(tài)的確定

貼近攝影測(cè)量不同于常規(guī)攝影測(cè)量，它與傳統(tǒng)正射攝影測(cè)量的區(qū)別是投影面并非為水平投影面，其對(duì)象是各種或豎立或傾斜的面，這就決定了飛機(jī)的飛行姿態(tài)可能不是平行于地面飛行。對(duì)于豎直平面需要垂直于地面爬升飛行，對(duì)于類似于塔的柱體對(duì)象，需要環(huán)繞加爬升的飛行方式。

5.2 貼近攝影測(cè)量航拍實(shí)施

貼近攝影測(cè)量距離被攝對(duì)象距離小，加大了航拍的難度和危險(xiǎn)性。這就對(duì)無(wú)人機(jī)操作員有較高的要求，最好是由經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員參與前期的航線規(guī)劃、起飛點(diǎn)的選擇，從源頭上排除風(fēng)險(xiǎn)。在本次測(cè)試中，礦山下樹木高大茂密，同時(shí)，礦山地形較為復(fù)雜，航拍難度較大。本次負(fù)責(zé)航拍的無(wú)人機(jī)的操作員有多年的航拍經(jīng)驗(yàn)，在航線規(guī)劃時(shí)就避開了礦山底及礦山頂?shù)奈ｋU(xiǎn)區(qū)。

5.3 貼近攝影測(cè)量數(shù)據(jù)與傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)融合

貼近攝影測(cè)量的成果是一種分辨率極高的實(shí)景模型，但成果面積一般較小。相對(duì)于貼近攝影測(cè)量模型成果來(lái)說，傾斜攝影測(cè)量生產(chǎn)的三維模型精度較低，但面積大，范圍廣。因此，貼近攝影測(cè)量的三維模型成果需要與傾斜攝影測(cè)量成果進(jìn)行融合。通過兩種模型成果的融合來(lái)提高模型的精細(xì)程度和整體展示效果。

6 結(jié)語(yǔ)

通過本次案例的實(shí)施可以看出，貼近攝影時(shí)無(wú)人機(jī)和被攝隊(duì)形的距離特別近，因此航攝時(shí)存在一定的安全隱患，但風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇并存，高風(fēng)險(xiǎn)的航飛帶來(lái)的是前所未有的高精度實(shí)景三維模型成果。本次案例得到的高精細(xì)三維模型是其他技術(shù)無(wú)法比擬的?？傮w來(lái)說，貼近攝影測(cè)量具有以下特點(diǎn)：

（1）貼近攝影測(cè)量的影像投影面是與被攝面平行的任意面（并非水平面）。

（2）航攝時(shí)航攝相機(jī)垂直于任意被攝物體面，同時(shí)可根據(jù)物體形狀動(dòng)態(tài)調(diào)整。

（3）貼近攝影，顧名思義即近距離攝影，可獲得mm級(jí)分辨率的影像。

（4）需要被攝物體的初始形態(tài)，提前獲取攝區(qū)大致的三維場(chǎng)景，以三維模型為基礎(chǔ)規(guī)劃貼近航攝的航線。