丁云

桂林市測繪研究院 廣西 桂林 541001

引言

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是一種比較新穎的測量方式，深受人們的喜愛。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是在無人機(jī)上面安裝多臺(tái)數(shù)碼相機(jī)，那么相機(jī)則可以從多個(gè)角度收集具有高分辨率的圖像，這種技術(shù)是在五鏡頭傾斜攝影系統(tǒng)權(quán)利下進(jìn)行處理，同時(shí)與所采集的數(shù)據(jù)以及像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來，再根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算和相關(guān)軟件得到數(shù)字表面的模型以及三維正射模型。如今，該技術(shù)也在不斷接受檢驗(yàn)，并一步一步走向完善，被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域，成為房地一體化測量界的“新寵”。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)眾多：工序簡單、勞動(dòng)成本小、效率高，因此才會(huì)被各界喜愛。但是該技術(shù)在剛步入這一行業(yè)的時(shí)候也曾遭到質(zhì)疑。的確，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的精度達(dá)不到全站儀那么高，在很多方面上也存在缺陷，但是仍然具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的原理

無人機(jī)測量系統(tǒng)是無人機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵，它由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是無人機(jī)所有技術(shù)的核心支撐系統(tǒng)，它主要包括無人機(jī)空中飛行系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。在地形開發(fā)和測繪過程中整個(gè)硬件系統(tǒng)的作用很大，無人機(jī)測繪過程數(shù)據(jù)的獲取主要依靠硬件系統(tǒng)。在進(jìn)行現(xiàn)場測量，操作者使用無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，按照無人機(jī)的實(shí)時(shí)反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)整項(xiàng)目測量方案。在測量過程中，采用相應(yīng)的軟件系統(tǒng)來支持無人機(jī)路線的設(shè)計(jì)，分析和處理影像導(dǎo)航過程的各種因素以及存儲(chǔ)無人機(jī)測量數(shù)據(jù)。隨著國內(nèi)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)增長和發(fā)展，表明無人機(jī)的應(yīng)用已將我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶到了一個(gè)全新的水平。另一方面，隨著低空遙感技術(shù)的不斷成熟，航空攝影已逐漸與無人機(jī)技術(shù)完全融合，使低空遙感技術(shù)能夠更好地應(yīng)用于無人機(jī)。新技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用往往可以更好地實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。因此，在房地一體化制圖測量研究中，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行更靈活，準(zhǔn)確的房地測量。

2 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)優(yōu)勢

2.1 穩(wěn)定性強(qiáng)

在基于無人機(jī)的遙感技術(shù)開發(fā)過程中，飛行設(shè)備可以與遙感技術(shù)、信息技術(shù)和反饋技術(shù)相結(jié)合，為整個(gè)測量系統(tǒng)創(chuàng)建額外的技術(shù)實(shí)施節(jié)點(diǎn)，以確保對每個(gè)數(shù)據(jù)信息的訪問，準(zhǔn)確描述地形和空間結(jié)構(gòu)，并為房屋的后續(xù)建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。在現(xiàn)場測量過程中，無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各種困難的控制。數(shù)據(jù)信息的整體準(zhǔn)確性決定了信息主體在陸地綜合數(shù)據(jù)制圖機(jī)制中的對接，然后提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)識(shí)別的精度，提高實(shí)際檢測的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

2.2 靈活性好

無人機(jī)設(shè)備體積小，由動(dòng)力能量和驅(qū)動(dòng)部件組合支撐，依靠內(nèi)控系統(tǒng)可自動(dòng)執(zhí)行指令至指定監(jiān)控位置，受外部環(huán)境影響較小。在科學(xué)技術(shù)的不斷更新下，無人機(jī)控制系統(tǒng)的人工智能水平已逐步轉(zhuǎn)變，在便捷性、效率性、可操控性等方面都得到極大提升。通過房地一體化測量之前的路徑規(guī)劃，無人機(jī)的空間定位路線可以正確地應(yīng)用于給定的指令程序，以便在最短的時(shí)間內(nèi)完成困難的行動(dòng)，并提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持后續(xù)的計(jì)劃和測量房子的布局圖。此外，無人機(jī)內(nèi)部的集成系統(tǒng)可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行指揮和控制，可將相關(guān)定位信息精確到0.8～1.0m的范圍內(nèi)，并且整個(gè)路線在空間類別的規(guī)劃上不會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。此外，無人機(jī)設(shè)備的應(yīng)用不受基地?cái)?shù)量的影響，整個(gè)控制空間由總體規(guī)劃布局節(jié)點(diǎn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化，即在允許的空間范圍內(nèi)允許飛行路徑偏差。無人機(jī)的數(shù)量不受一定程度的限制，但根據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境對總體經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了關(guān)注。此外，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可將不同的無人機(jī)所采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，結(jié)合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、云平臺(tái)等，對相關(guān)信息進(jìn)行資源化整合，以得出更為精確的數(shù)據(jù)信息，保證各項(xiàng)工作開展的合理性。

2.3 精度性高

與傳統(tǒng)航拍技術(shù)相比，依托于無人機(jī)設(shè)備，控制簡單，經(jīng)濟(jì)成本僅占航拍成本的一半。同時(shí)，無人機(jī)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單，具有一定的優(yōu)勢。只要定義高幀率的數(shù)字采集參數(shù)，就可以有效解決同一監(jiān)測站點(diǎn)不同尺寸的數(shù)據(jù)采集，如垂直水平、傾斜水平等，從而提高整體數(shù)據(jù)采集的精度。

3 房地一體化無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在地面觀測方面的應(yīng)用

在房地一體化測量中，地面觀測是其工作的重要環(huán)節(jié)之一。對于地面觀測，不僅要觀測地面的平面特征，還要觀測地面的狀態(tài)和現(xiàn)有目標(biāo)。傳統(tǒng)的垂直攝影通常從頂部開始，不關(guān)注地面高度等其他信息。傾斜攝影的多角度特性可以用來了解地面高度的變化。這一信息對測量員非常重要。通過提供高水平的信息，可以對不同的地面高度進(jìn)行更準(zhǔn)確的目標(biāo)分析，有利于提高調(diào)查分析的效率。

3.2 測量影像數(shù)據(jù)集成

利用無人機(jī)遙感技術(shù)對信息進(jìn)行采集時(shí)，必須按照地形地貌、地理環(huán)境因素等，選取相對應(yīng)的飛行設(shè)備，確保無人機(jī)設(shè)備的監(jiān)測角度與地形地貌相吻合，提高地形監(jiān)測的精準(zhǔn)性。此外，在實(shí)際檢測過程中，可按照空中三角機(jī)制進(jìn)行測量，分析出不同拍攝角度地形所呈現(xiàn)出的差異屬性，以最大限度地規(guī)避測量漏洞問題，對當(dāng)前空間區(qū)域進(jìn)行全方位監(jiān)測。無人機(jī)遙感技術(shù)科通過指令傳輸，對系統(tǒng)內(nèi)部指令進(jìn)行全過程分析，進(jìn)而通過多角度測量，結(jié)合不同飛行姿勢，實(shí)現(xiàn)地形地貌的全景測量。

3.3 測量數(shù)據(jù)整合

依托于無人機(jī)設(shè)備的影像采集裝置，對系統(tǒng)信息進(jìn)行采集與整合，主要是通過無線操控指令，對影像信息資源進(jìn)行定向化采集，這樣一來，結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)測的針對性與實(shí)效性，可進(jìn)一步查證出當(dāng)前操控狀態(tài)下，系統(tǒng)執(zhí)行某一項(xiàng)指令所存在的可行性。在定向化操控模式下，無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，事先通過航線的確定，界定出不同影像采集模式下，系統(tǒng)采集信息的關(guān)聯(lián)性，確保航線運(yùn)行下的信息采集具備更高的精確度，提高實(shí)際檢測效果。

3.4 測量數(shù)據(jù)處理

在原始機(jī)械化的信息采集方式下，數(shù)據(jù)信息處理呈現(xiàn)出一些不規(guī)則的屬性，特別是受飛行軌跡和角度的影響，圖像信息疊加程度的不同呈現(xiàn)出一種錯(cuò)位現(xiàn)象。特別是在圖像對比和信息統(tǒng)一的過程中，很容易造成整個(gè)圖像信息的變形。在無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用中，通過攜帶無人機(jī)設(shè)備，利用相機(jī)設(shè)備的高聚焦特性和鏡頭中不同角度的坐標(biāo)值，對當(dāng)前相機(jī)運(yùn)行參數(shù)的對接進(jìn)行了分析，然后對不同坐標(biāo)值的相關(guān)類別以及圖像設(shè)備、對圖像的接受度和清晰度進(jìn)行驗(yàn)證，以提高圖像的分辨率。

3.4.1 文件處理。在無人機(jī)傾斜攝影的拍攝過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的文件數(shù)據(jù)，包括GPS設(shè)站點(diǎn)的偽距坐標(biāo)、拍攝時(shí)間以及相機(jī)的曝光信息等。所以，在文件處理的時(shí)候?qū)o用的數(shù)據(jù)刪除，就是在拍攝的過程中，對記錄的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，將相機(jī)曝光時(shí)間的標(biāo)記記錄與文件中的曝光記錄進(jìn)行匹配，為后續(xù)POS數(shù)據(jù)處理奠定基礎(chǔ)。

3.4.2 GPS數(shù)據(jù)處理。GPS數(shù)據(jù)的處理是無人機(jī)的基礎(chǔ)。原始數(shù)據(jù)下載預(yù)處理將原始數(shù)據(jù)的DAT文件轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的O文件和N文件，并將出發(fā)事件的TXT文件分離，為后期的GPS精度處理和標(biāo)記點(diǎn)插值提供基礎(chǔ)信息[1]。

3.4.3 與GPS同步觀測

3.4.3.1 GPS的布設(shè)。為了保證數(shù)碼相機(jī)和GPS系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將GPS接收機(jī)設(shè)置在測量范圍內(nèi)的有利區(qū)域，有利于GPS觀測同步并獲得相應(yīng)的觀測數(shù)據(jù)。完成后，實(shí)施GPS解決方案，判斷精確度是否滿足需要。

3.4.3.2 GPS接收機(jī)與無人機(jī)傾斜攝影同步觀測。在GPS觀測站建設(shè)完成的基礎(chǔ)上，對同步數(shù)據(jù)的觀測需要幾個(gè)條件：①在觀測過程中提供足夠的電力，確保觀測過程中不間斷供電；②GPS接收機(jī)采用雙拼儀，精度越高越好，數(shù)據(jù)采集時(shí)間秒數(shù)越多。

4 質(zhì)量控制

與傳統(tǒng)的攝影技術(shù)相比較，無人機(jī)傾斜攝影除了信息更加豐富之外，它的質(zhì)量也能夠控制得比較好，這對于高精度的房地一體化測量會(huì)有很大的幫助。無人機(jī)傾斜攝影的質(zhì)量控制包括兩個(gè)方面，一個(gè)是數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量控制，一個(gè)是數(shù)據(jù)獲取過程中的質(zhì)量控制。

4.1 數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量控制

房地一體化測量水平的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在使用無人機(jī)的傾斜攝影技術(shù)后，POS也需要對捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與此同時(shí)，也需要對GPS的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這樣可以完成一些不連續(xù)的數(shù)據(jù)。然而，無人機(jī)傾斜攝影在數(shù)據(jù)處理質(zhì)量方面具有很大的優(yōu)勢。無人機(jī)傾斜攝影的數(shù)據(jù)采集比較全面，且數(shù)據(jù)不連續(xù)。同樣，具有高信息密度的數(shù)據(jù)也可以顯著提高數(shù)據(jù)完成的效率[2]。

4.2 數(shù)據(jù)采集過程中的質(zhì)量控制

無人機(jī)傾斜攝影在拍攝過程中需要過去大量的數(shù)據(jù)，所以有很多因素制約著數(shù)據(jù)獲取的質(zhì)量，比如說傾斜攝影的角度、攝影的高度、攝影的時(shí)間以及照片的質(zhì)量等[3]。但是無人機(jī)傾斜攝影的方式能夠把不同角度下拍攝的影像進(jìn)行對比，通過對不同的角度下攝像的重疊進(jìn)行分析，能夠有效確保房地一體化測量中的成像質(zhì)量。與此同時(shí)，結(jié)合之前設(shè)計(jì)好的路線，可以確保圖像拍攝的質(zhì)量達(dá)到最大限度。如果拍攝的圖像不符合測量要求，可及時(shí)補(bǔ)拍，盡最大努力減少測量中的誤差。

5 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用前景

目前，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在我國的應(yīng)用還是比較廣泛的，主要應(yīng)用于測量、應(yīng)急、城鄉(xiāng)規(guī)劃、旅游、公安管理等方面。除此之外，國外一些國家還將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用在了精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、森林火災(zāi)檢測以及海洋檢測等領(lǐng)域。再就是，在使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)時(shí)可以及時(shí)精確地將所觀察到的數(shù)據(jù)反映給使用者，所以越來越多的領(lǐng)域使用該技術(shù)，這主要體現(xiàn)在保護(hù)國土安全、突發(fā)情況處理以及城市監(jiān)管規(guī)劃等工作上。但是在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，一定要根據(jù)實(shí)際的情況來調(diào)整一下攝影影響的密集匹配度，以此滿足用戶的需求，目前，多視覺圖像沖擊匹配技術(shù)的最大限度應(yīng)用也對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。另外，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)分辨率高、適用性強(qiáng)，在未來會(huì)被越來越多的行業(yè)應(yīng)用。

6 結(jié)束語

隨著傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，對航空攝影的效率和分辨率提出了更嚴(yán)格的要求，推動(dòng)了無人機(jī)傾斜攝影測量的進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展。這項(xiàng)最新的測量技術(shù)把攝影測量的應(yīng)用提高到了一個(gè)新的水平。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)會(huì)給房地一體化測量界帶來一場變革，將會(huì)給房地一體化測量帶來一個(gè)更加真實(shí)的世界，更加高效的世界，開啟無人機(jī)傾斜攝影的新時(shí)代。