趙立峰

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是我國近幾年才開始發(fā)展的一種測量技術(shù)，因為近年來我國的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)開始逐步向人們的生產(chǎn)生活方向邁進(jìn)，因此無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)也隨之應(yīng)運而生。它主要的作用就是通過對三維數(shù)據(jù)的測量，然后再結(jié)合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦我约笆挛锏奈恢煤屯饷瞾硇纬上鄳?yīng)的地形圖。相較于傳統(tǒng)的人力測量而言，無人機(jī)傾斜攝影測量的優(yōu)勢就在于它的準(zhǔn)確度更高，而且成本也比較低，使用起來也更加方便。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的介紹

1.1 傾斜攝影的原理

在傳統(tǒng)的地形程度測量的過程中采用的都是正射和傾斜影像技術(shù)，而應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)則將二者結(jié)合起來，利用無人機(jī)來搭載行攝儀器，然后再有相應(yīng)的負(fù)責(zé)人員操縱無人機(jī)，從正上方以及側(cè)面等多個角度采取地形影像。在拍攝過程中通過記錄垂直高度以及旁向重疊坐標(biāo)等一系列的參數(shù)，為同一地區(qū)的地形提供盡可能多的參考信息，然后再結(jié)合這些影像以及當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，加以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多式影像匹配，最終生成三維建模，再進(jìn)行一定的細(xì)節(jié)處理，就可以得到最終的地形測繪結(jié)果。在應(yīng)用的過程中需要注意的一點是針對無人機(jī)的操作一定要有相應(yīng)的技術(shù)人員來進(jìn)行，因為無人機(jī)的操作會影響到最終的航拍結(jié)果，如果操作不規(guī)范就會影響到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[1]。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的攝影技術(shù)而言，無人機(jī)傾斜攝影的最主要的優(yōu)點就是準(zhǔn)確率高，且數(shù)據(jù)處理比較快。無人機(jī)的飛行高度通常在10 m到50 m之間，所以在低空當(dāng)中利用無人機(jī)鏡頭可以獲得更加立體的影像資料。它還可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況生成三維立體模型，快速得到當(dāng)?shù)氐奈恢眯畔?。這樣一來，在測繪的過程中就可以省去很多不必要的麻煩。無人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢主要可以分為3方面，第1方面就是角度多樣化，數(shù)據(jù)更加真實。因為相較于傳統(tǒng)的正射影像而言，無人機(jī)傾斜攝影可以從多個角度出發(fā)，無論是事物的正上方，側(cè)面斜上方，還是斜下方，它都可以進(jìn)行觀察，也就更加滿足實際的地理情況。第2方面的優(yōu)勢就是它的生產(chǎn)成本比較低，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，操作也比較靈活。相較于傳統(tǒng)的垂直攝影和人力測繪而言，無人機(jī)傾斜攝影的生產(chǎn)成本是比較低的，而且也可以避免很多在人工測繪過程中所產(chǎn)生的誤差。在無人機(jī)操作的過程中也不需要多人操作，只要有相應(yīng)的技術(shù)操作員即可，這就在很大程度上節(jié)約了人力資源。第3方面的優(yōu)勢就是可以盡量降低天氣對于攝影資料的影響。因為無人機(jī)的飛行高度低于云層，因此云層當(dāng)中的一系列因素對無人機(jī)的影響就比較小。而且如果云層當(dāng)中的狀況不穩(wěn)定，就很有可能會影響設(shè)備的能見度，但是由于無人機(jī)的飛行高度低于云層，因此對能見度的要求也就沒有那么嚴(yán)格，另外它還可以更加快速地反應(yīng)突發(fā)情況[2]。

2 無人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢

2.1 反應(yīng)建筑物真實狀況

無人機(jī)傾斜影能讓用戶從多個角度觀察地物，從而更加真實地反映地物的實際情況,極大的彌補(bǔ)了基于正射影像應(yīng)用的不足。在未來的發(fā)展中，建筑物的體型會越來越大，因為隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，建筑行業(yè)也在不斷進(jìn)步，近年來各種高層建筑拔地而起，如果想要獲取到建筑的真實狀況，由于建筑物的高度問題，又不能采取人工測量的方式，這樣一來應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影成了非常合適的一個方法。比如，在對外墻體進(jìn)行保溫的過程中，在開始動工之前一定要充分了解墻體目前的狀況，因為在外墻保溫的過程中，只有了解墻體的構(gòu)造以及墻體的材料才能夠根據(jù)實際情況開工。在這一過程中就可以采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對外墻體的實際情況進(jìn)行拍攝，通過立體建模來模擬出墻壁的狀態(tài)，進(jìn)而分析出墻壁的實際情況，再選用合適的方法，進(jìn)行外墻體保溫[3]。

2.2 數(shù)據(jù)清晰準(zhǔn)確

傾斜影像可實現(xiàn)單張影像量測通過配套軟件的應(yīng)用,可直接基于成果影像進(jìn)行包括高度、積、角度和坡度等的量測,擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的攝影技術(shù)以及測量技術(shù)而言，無人機(jī)傾斜攝影的一個最大的優(yōu)勢就在于它得出的數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，且圖像清醒，可以正確建模并且模擬出建筑的實際情況。因為無人機(jī)攝影技術(shù)采用的是以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為基礎(chǔ)的3D立體建模技術(shù)，相較于其他的測量手段而言有著非常大的優(yōu)勢，建模得出的數(shù)據(jù)要比普通的照片更為精準(zhǔn)，而且立體模型也比平面圖型更為直觀，方便設(shè)計人員理解。無人機(jī)傾斜傾斜攝影是通過將相機(jī)調(diào)整成為特定的參數(shù)，在特定的角度下進(jìn)行拍攝，不僅可以在很大程度上保持?jǐn)z影的平穩(wěn)性，還可以盡量無視當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境對無人機(jī)的影響，這樣一來所得出的數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)就回更加接近，也就可以盡量縮小誤差[4]。

2.3 降低三維建模成本

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可采集針對各種三維數(shù)字城市應(yīng)用,利用航空攝影大規(guī)模成像的特點,加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式,能夠有效地降低城市三維建模成本。如果想要模擬出建筑物的真實狀態(tài)，就必須要模擬出建筑物表面的紋理。如果采用相機(jī)進(jìn)行拍攝，不僅距離不夠，而且畫面也不夠清晰的，但是利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)就可以近距離的拍攝出建筑物的實際情況，而且這樣得出數(shù)據(jù)的三維建模。相較于其他的測量方式可以在很大程度上降低成本，如果采用儀器測量那么必不可少的會使用到各種精密的儀器，那么儀器的購入就是不小的成本，在建模的過程中還要結(jié)合各種儀器的數(shù)據(jù)。但是利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)集成電路的特點，在測量的過程中就可以得出更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，而且再聯(lián)合后臺的云計算平臺就可以進(jìn)行建模，這就從根本上降低了成本[5]。

2.4 數(shù)據(jù)量小，易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

相較于三維 GIS 技術(shù)應(yīng)用龐大的三維數(shù)據(jù)，應(yīng)用傾斜提影技術(shù)獲取的影像的數(shù)據(jù)量要小得多,其影像的數(shù)據(jù)格式可采用成熟的技術(shù)快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布,實現(xiàn)共享應(yīng)用。對于各種地形和建筑物的數(shù)據(jù)，由于其具有一定的時效性，因此并不是每需要1次就到當(dāng)?shù)厝y量1次，而是在一定的時間內(nèi)數(shù)據(jù)不會更新。如果采用三維GIS技術(shù)，每次上傳到網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量或許龐大，不僅會浪費很多資源，而且還會浪費很多不必要的時間。但是應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，每次獲取的影像數(shù)據(jù)量相較而言就要小很多，這樣一來上傳到網(wǎng)絡(luò)上的速度也就比較快，而且也不會消耗大量的流量，針對于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性還可以有一個明確的保障。在建模的過程中也可以應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影的數(shù)據(jù)，在一定程度上結(jié)合 GIS的三維數(shù)據(jù)來得出更加準(zhǔn)確的模型，這樣一來就可以從根本上提高模型建立的速度，還可以得到實際有效的信息。而且無人機(jī)傾斜攝影的數(shù)據(jù)量比較小，容易在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，也可以更容易實現(xiàn)互聯(lián)互享，為數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供很大的便利，也為測量人員省去了很多不必要麻煩[6]。

3 傾斜攝影生成三維模型測繪地圖的流程分析

3.1 空三精度

因為在相關(guān)的測繪規(guī)范中，對于無人機(jī)攝影的相片連接點數(shù)量和測量誤差都沒有明確的規(guī)定，因此在測量的過程中就不能夠根據(jù)傳統(tǒng)的垂直攝影的方式來進(jìn)行測量。如果想要提高三維建模測量技術(shù)的精度，那么就要從物和地兩個方面來進(jìn)行建模評價。最常用的方式就是物方精度評定。在攝影的過程中要對密點和檢測點的坐標(biāo)進(jìn)行對比，而向方精度評定主要是利用匹配點在反投影過程中所產(chǎn)生的誤差來進(jìn)行的[7]。

3.2 傾斜攝影的三維建模

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)用的過程中有一部分是總體建模。在總體建模中會應(yīng)用到一系列的公式來進(jìn)行計算，如，在傾斜攝影的過程中影片和實際的距離比是1∶1000，在測量的過程中，由于是傾斜攝影，所以要測算出垂直高度，也就是三角形a2+b2=c2。通過比例來代入公式，然后得出垂直測量高度，進(jìn)而在電腦上再進(jìn)行等比縮小就能夠進(jìn)行建模。而且在將3dsMax插件開發(fā)技術(shù)和傾斜攝影技術(shù)相融合的過程中可以通過空中測量的方式來提高地形測量的精確程度。這樣一來也就能夠得到更加準(zhǔn)確的位置參數(shù)。在進(jìn)行多方位測量以后，無人機(jī)就可以將所得到的影像資料傳輸?shù)?dsMax當(dāng)中，這樣得出的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，而且還可以對每個傳感器的紋理進(jìn)行信息處理，這不僅能夠進(jìn)行紋理自動映射，還能夠完善三維建模[8]。

4 無人機(jī)傾斜攝影在地形成圖中的實踐分析

4.1 技術(shù)應(yīng)用實施

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)用的過程中進(jìn)行可以利用五個鏡頭航拍來獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)。在每個鏡頭的設(shè)置方面焦距都是24 mm，橫向重疊度通常都在76%到85%之間，攝影地面分辨率超過3.4，然后再通過和無人機(jī)相連的無線網(wǎng)站來計算出相關(guān)的數(shù)據(jù)。在實際測算的過程中相關(guān)負(fù)責(zé)人員要設(shè)置4個或者4個以上的飛行架次，絕對行高為189 m，極限長度為11 m，每條航線之間的距離為24 m，總航線數(shù)量為26條，橫線長度大約在21 km左右。在無人機(jī)傾斜測量攝影技術(shù)應(yīng)用的過程中要利用空三加密，并且通過smart3D軟件，把傾斜攝影所得到的資料導(dǎo)入到其中，空三加密以后進(jìn)行信息匹配，生成相應(yīng)的三維模型。除此之外，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)還能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)氐牡匦螖?shù)字規(guī)劃圖進(jìn)行收集，通過采集適量圖中的數(shù)據(jù)信息，能夠獲得相應(yīng)的影像資料，從而提高地形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度[9]。

4.2 優(yōu)化及研究測量誤差

在應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的過程中，不可避免地會存在相應(yīng)的影片分辨率誤差，而在實際生成地形圖的過程中，對于當(dāng)?shù)氐牡匦螖?shù)據(jù)，精確程度也是有一定要求的。但是利用實際建筑規(guī)劃，影像分辨率很難符合這樣的要求。但是在應(yīng)用無人機(jī)的過程中可以通過更換鏡頭或者是降低行高等方式來獲取分辨率更高的影像，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)的精確程度。尤其是在利用空三加密對影像測量的過程中，smart3D軟件會自動地進(jìn)行這一過程，如果沒有出現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)匹配，就會采用人工干預(yù)的方式來優(yōu)化控制精確程度。

4.3 生產(chǎn)率對比研究

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，相較于人工技術(shù)而言，可以在很大程度上提高地形圖的生成效率，這就可以在一定程度上節(jié)約測量時間。尤其是對于一些工程設(shè)計對當(dāng)?shù)氐匦斡袊?yán)格要求的工程當(dāng)中，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以在一定程度上提高設(shè)計效率，盡量減少工程的施工周期。而且相較于其他技術(shù)而言，無人機(jī)受天氣因素的影響較小，如果出現(xiàn)云層過低或者是其他狀況，就可能會影響到垂直拍攝的生產(chǎn)率，但是無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)就不存在這一問題。因為它可以從多個角度觀察地面的情況，在建模的過程當(dāng)中，所應(yīng)用的數(shù)據(jù)也是多方面的。除了最傳統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)以外，它還有對實際的地形規(guī)劃進(jìn)行結(jié)合，因此就不需要重復(fù)的去采集信息，這就在很大程度上提高了測量效率。

5 結(jié)語

在測量的過程中，相關(guān)負(fù)責(zé)人對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的原理以及無人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢一定要有明確的認(rèn)識。針對于技術(shù)實施以及優(yōu)化研究過程中所產(chǎn)生的誤差也要注意，要通過對比生產(chǎn)率以及獲取傾斜影像資料來對無人機(jī)攝影在地形成圖中進(jìn)行實踐分析。未來，我國的科學(xué)技術(shù)會越來越發(fā)達(dá)，無人機(jī)傾斜攝影在地形成圖中的作用也將會越來越大。