程玉紅

（山西省基礎(chǔ)地理信息院，山西 太原 030001）

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基本原理，就是以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，通過(guò)搭載多個(gè)高分辨率的影像采集設(shè)備，從空中不同多角度來(lái)采集影像數(shù)據(jù)以便更為完整準(zhǔn)確地獲取地面物體信息。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)得到了進(jìn)一步發(fā)展，多數(shù)地區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均證明，該技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了大比例尺地形圖的測(cè)量質(zhì)量與效率，值得關(guān)注。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)分析

1.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的技術(shù)特征

隨著我國(guó)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)的主要特征表現(xiàn)在以下幾方面：

a）多視影像聯(lián)合平差技術(shù)。該技術(shù)又被認(rèn)為是整個(gè)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的核心技術(shù)，其中的主要內(nèi)容是將攝像劃分為兩種，分別為垂直攝影攝像與傾斜攝影攝像。從技術(shù)角度來(lái)看，在無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)中主要將平差分為3 個(gè)部分，分別為直接定向傾斜攝像、無(wú)約束的區(qū)域網(wǎng)平差與有約束的區(qū)域網(wǎng)平差。

b）多視攝影的密集匹配。一般在大比例尺地形圖測(cè)繪期間，工作人員需要面臨很多問(wèn)題，而其中的重點(diǎn)就是因?yàn)榉直媛室约暗匦巫兓鴮?duì)攝影結(jié)果產(chǎn)生的影響，這些因素都會(huì)造成影像效果不理想，甚至演變成為影響嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。所以單純通過(guò)匹配方法難以適應(yīng)未來(lái)需求，且圖像的密集匹配效果也不盡滿意，更無(wú)法滿足圖像建模要求。所以針對(duì)這種情況，相關(guān)學(xué)者開(kāi)始通過(guò)密集實(shí)驗(yàn)來(lái)解決無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的缺陷，而多視攝影技術(shù)密集匹配的出現(xiàn)，能夠滿足高精度的地形數(shù)據(jù)測(cè)繪需要，保證圖像三維建模的精準(zhǔn)度更高。

1.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖中的應(yīng)用可行性

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)可以通過(guò)三維建模等現(xiàn)代化手段來(lái)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的圖像處理要求，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)最主要的特征就是能夠?qū)Σ杉降牡匦螖?shù)據(jù)做數(shù)字三維模型處理，通過(guò)三維模型的轉(zhuǎn)換來(lái)直接獲得地形圖數(shù)據(jù)，因此與傳統(tǒng)的立體測(cè)圖技術(shù)相比具有更高的精準(zhǔn)度。有研究認(rèn)為，現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)大比例尺地形圖的精準(zhǔn)度提出了更高的要求，該技術(shù)的出現(xiàn)適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展要求，并彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)在地形測(cè)繪中的不足，通過(guò)多個(gè)鏡頭能夠盡可能多地采集圖形圖數(shù)據(jù)，提高了工作效率，工作人員能夠在地形圖的基礎(chǔ)上大量獲取地理信息資料，滿足測(cè)繪的需要[1]。同時(shí)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展并不是單一的，有學(xué)者開(kāi)始將GIS 技術(shù)、RS 技術(shù)納入到技術(shù)體系中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的創(chuàng)新，取得了預(yù)期效果[2]。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖的應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 案例簡(jiǎn)介

該測(cè)繪區(qū)位于城市西側(cè)，海拔平均高度為（32.61±8.36）m，在外業(yè)航空攝影中采用了技術(shù)成熟的大疆系列四旋翼無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)上裝備了兩臺(tái)SONY 系列微單相機(jī)，與垂直方向形成45°夾角；無(wú)人機(jī)分別沿著南北、東西航線各飛行一次，用以獲得詳細(xì)的地形圖資料；同時(shí)再裝備一個(gè)SONY 系列單相機(jī)做垂直攝影，用以測(cè)量地物頂面紋理。本次設(shè)計(jì)的航線高度為100 m，航向與旁向重疊度分別為80%、75%，共設(shè)置航線20 條，獲得有效圖像640張；之后為了提高后續(xù)圖像處理的質(zhì)量，在測(cè)量范圍內(nèi)采用均衡布點(diǎn)的方法，用以鞏固無(wú)人機(jī)傾斜攝影效果。本次項(xiàng)目中的關(guān)鍵技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的技術(shù)路線

2.2 實(shí)景的三維圖像建模

本文所介紹的案例，以大疆系列無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)，搭載傾斜相機(jī)，通過(guò)傾斜攝影的方法獲得了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地形資料；在構(gòu)建實(shí)景三維模型期間，依靠目前成熟的三維圖像技術(shù)，根據(jù)圖像中地物的地貌特征點(diǎn)、特征線與特征面等進(jìn)行圖像設(shè)置，通過(guò)內(nèi)業(yè)編輯形成了地形圖，這種設(shè)計(jì)方法能夠最大程度上提高外業(yè)測(cè)繪深度，提高了大比例尺地形圖的制作精度。因此在實(shí)景三維模型的構(gòu)建中，通過(guò)設(shè)置多個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)行解算，通過(guò)ContextCapture 軟件（以下簡(jiǎn)稱CC 軟件）完成三維圖形建模。

2.2.1 構(gòu)建工程

在加載圖像的影像數(shù)據(jù)之后，設(shè)置相機(jī)參數(shù)并編輯其中的POS 數(shù)據(jù)；引入目標(biāo)區(qū)的各個(gè)控制點(diǎn)之后檢查各點(diǎn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，構(gòu)建3D 模型。由于本次項(xiàng)目中用于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的相機(jī)為兩個(gè)，因此設(shè)置兩個(gè)相機(jī)文件，并根據(jù)相機(jī)的采集數(shù)據(jù)分別將其上傳到相對(duì)應(yīng)的文件夾中；以原始的POS 數(shù)據(jù),坐標(biāo)為WGS-84 坐標(biāo)系/或者按中文寫成1984 坐標(biāo)系，采用參數(shù)模型以及大地水準(zhǔn)面補(bǔ)償模型轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)仄矫妗?/p>

2.2.2 傾斜攝影空中的三角測(cè)量

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)中，采用區(qū)域網(wǎng)五點(diǎn)布設(shè)法，即在四周分別布設(shè)一個(gè)點(diǎn)，在中心區(qū)域布設(shè)一個(gè)點(diǎn)，該方法可以有效滿足傾斜攝影空中三角測(cè)量的要求；數(shù)據(jù)處理階段采用空三加密處理的方法，將圖像模型的精度設(shè)置為1.82pix，將像控點(diǎn)的平度平面誤差控制在0.032～0.033 m 內(nèi)，同時(shí)注意檢查各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度，避免因?yàn)榫葐?wèn)題造成測(cè)量質(zhì)量下降。

2.2.3 通過(guò)CC 軟件加載三維模型實(shí)景圖

通過(guò)無(wú)人機(jī)測(cè)量模塊中所儲(chǔ)存的資料，經(jīng)過(guò)像對(duì)、格網(wǎng)、轉(zhuǎn)換等流程將圖像轉(zhuǎn)變?yōu)?D 模型，該模型采用了OSGB 格式，在轉(zhuǎn)變?yōu)楦叱棠Ｐ椭?，直接加載模型就可以直接獲得實(shí)景三維模型。

2.3 采集地形及地物信息

在上述無(wú)人機(jī)三維模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)三維實(shí)景模型的空間測(cè)量，采集模型中的空間算量，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)模型的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)地區(qū)的多角度觀察，及時(shí)獲得地形與地物信息采集工作，避免了傳統(tǒng)工作模式下需要大量外業(yè)作業(yè)問(wèn)題，有效提高了工作效率。

2.4 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的質(zhì)量保證措施

2.4.1 空中測(cè)量要點(diǎn)

為最大程度上確保三維模型測(cè)量精度，在技術(shù)應(yīng)用階段需要根據(jù)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的空間測(cè)量范圍與技術(shù)精度標(biāo)準(zhǔn)做反復(fù)測(cè)量。例如在本次工作中，無(wú)論是無(wú)人機(jī)采集的各種數(shù)據(jù)，都需要經(jīng)過(guò)預(yù)先操作的方法，根據(jù)預(yù)先操作時(shí)所反饋的結(jié)果調(diào)整無(wú)人機(jī)的飛行速度、圖像采集頻率等；針對(duì)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可能出現(xiàn)的精度不準(zhǔn)確等問(wèn)題，可將其作為初始數(shù)據(jù)，這樣有助于提高數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度。最后在測(cè)量過(guò)程中注意觀察兩個(gè)相機(jī)的聯(lián)系，并按照地物頂面紋理來(lái)調(diào)整測(cè)量圖像，在連接匹配之后再進(jìn)行校驗(yàn)，這樣可以進(jìn)一步提高測(cè)量精準(zhǔn)度。

2.4.2 三維模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的要點(diǎn)

在無(wú)人機(jī)三維模型實(shí)驗(yàn)中，在通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲得了目標(biāo)地區(qū)的圖像信息之后，其三維模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)該關(guān)注數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系問(wèn)題。在本次項(xiàng)目中所采集的影像資料以圖片形式存在，在不同圖片中可能存在關(guān)聯(lián)性差的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致后期三維模型實(shí)驗(yàn)處理中無(wú)法構(gòu)建完整的模型，最終影響了數(shù)據(jù)處理效果。所以針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)該在兩個(gè)傾斜攝影相機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地物頂面紋理結(jié)果對(duì)圖像做連續(xù)處理，這樣所獲得的三維模型才是連續(xù)的，滿足后續(xù)處理要求。

2.4.3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影中的應(yīng)用注意事項(xiàng)

a）在無(wú)人機(jī)傾斜攝影期間，可能會(huì)出現(xiàn)自遮擋與建筑物遮擋等問(wèn)題，這一現(xiàn)象最終會(huì)影響圖像處理效果，所以在必要的情況下可以采用多次飛行測(cè)量的方法來(lái)降低此類問(wèn)題的發(fā)生。

b）雖然本次實(shí)驗(yàn)中所使用的大疆系列無(wú)人機(jī)以及SONY 技術(shù)成熟，但是在應(yīng)用期間還是要充分考慮氣候等因素的影響，所以在作業(yè)時(shí)應(yīng)該選擇光照良好、風(fēng)力滿意的氣候條件下進(jìn)行。

c）無(wú)人機(jī)在飛行期間可能會(huì)因?yàn)轱L(fēng)力等因素影響而出現(xiàn)抖動(dòng)等情況，造成像素位移，影響圖像清晰度，所以在攝影期間應(yīng)該將像素控制在1/4 像素之下[3]。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在未來(lái)大比例尺地形圖測(cè)繪中的發(fā)展趨勢(shì)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)以及攝像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在未來(lái)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的完善，不僅表現(xiàn)為各項(xiàng)功能的增強(qiáng)，而且可以適應(yīng)更復(fù)雜環(huán)境下的地圖測(cè)繪要求。因此面對(duì)未來(lái)嚴(yán)格的大比例尺地形圖的測(cè)繪要求，工作人員應(yīng)該積極探索無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用新方向，根據(jù)目前圖像測(cè)量的要求來(lái)創(chuàng)新應(yīng)用路徑。例如目前5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)蓬勃發(fā)展，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與5G 的聯(lián)合將會(huì)進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理效果，各類圖像傳輸?shù)那逦?、速率更高，甚至可以滿足視頻傳輸要求，這樣可以進(jìn)一步提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的功能。

4 結(jié)論

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)滿足大比例尺地形圖的測(cè)繪要求，本文所介紹的案例經(jīng)驗(yàn)證明，在無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的支持下，工作人員獲得了詳細(xì)的地形地貌資料，提高了大比例尺地形圖的測(cè)繪質(zhì)量與效率，具有顯著優(yōu)勢(shì)。因此在未來(lái)工作中，工作人員應(yīng)該積極探索無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用新方法，從三維圖像建模等技術(shù)入手創(chuàng)新工作方法，爭(zhēng)取進(jìn)一步提高大比例尺地形圖的測(cè)繪質(zhì)量。