基于无人机倾斜摄影技术的地形图测绘方法研究

惠章珂 程坤 解晓敏

摘要：近年来，无人机倾斜摄影技术在测绘领域得到了迅速发展，已成为一种新型的测绘技术，它可以通过三维数据真实地反映出地面表面状况、物体高度和位置等。而在地形图测绘工作中，利用无人机倾斜摄影技术，可以快速地采集到地理信息数据，从而实现了3D建模的全自动化。就目前该项技术的实际应用情况来看，该技术已得到众多行业的一致认可，但从目前该技术的应用标准来看，缺乏国家统一实施的测量标准，导致无人机倾斜摄影技术在实际应用中缺乏有效依据，限制了其推广应用，因此，有必要在地形图测绘工作中对该技术的具体应用进行研究。

关键词：地形图测绘;无人机;倾斜摄影;应用

前言

地形图测绘在数字化时代的背景下，也逐渐向数据信息化方向发展。地形图测绘工作中，其精度一般都有较高的要求，但在实际测绘工作中，由于传统的测绘方法受气候、地质、人为等因素的影响，造成测绘时间长、精度差。而且随着无人机倾斜摄影技术的出现和推广应用，可以减少和避免这些因素的影响，从而提高地形图测绘的效率。所以本文就是在地形图测绘中，对无人机倾斜摄影的具体应用进行探讨。

1无人机倾斜摄影技术的概述

无人机倾斜摄影技术是利用无人机进行空中定点摄影，然后对工程现场的数据进行测绘的一项技术。近几年来，测绘技术突飞猛进，倾斜摄影就是其中之一，它是一种新兴的测绘技术，它把视角更多地放在一个方向上，通过安装传感器，增加了影像采集角度，从而把用户带到了一个更新颖的世界，使肉眼看到的更真实。这项技术研究的是区域5个点的影像，5个点分别是：垂直、左视、右视、前视和后视，它们构成了三维实景方面的模型，展示了被拍摄区域地物的大小、形状、侧面等特征。常规摄影测量主要是制作正摄方面的影像和绘制各类比例尺的地图;倾斜摄影测量除具备上述功能外，还能制作三维实景模型，测量地物的纵横、侧面等，并模拟三维场景，通过360度无死角拍摄地物，提高了摄影测量的应用范围。

2无人机倾斜摄影技术特点及其硬件设施的性能要求

2.1技术特点

无人机倾斜摄影技术既能真实地反映地面实际情况，又能节省大量的三力资源，并能在精确程度上利用先进技术嵌入地理信息。无人机倾斜摄影与以往的正摄影像相比，既能如实地反映测量区域和周围的实际情况，又能从多角度实现对地物的观测，使地物的真实情况得到更真实的反映，从而弥补了正摄影像应用上存在的局限性。此外，无人机倾斜摄影技术还可采用相应的应用软件来实现对单张影像进行测量，可直接在成果图像条件下进行高程、长度、面积等测量，使倾斜摄影产业应用范围不断扩大。另外，该技术在收集地形侧面纹理信息时，能有效地应用3D建模实现数据信息的采集，还能将这种特性应用于航空摄影的大范围成体，并可通过贴纹理和批量提取等方法实现地形3D建模成本的有效降低。

2.2硬件设施的性能要求

2.2.1无人机性能要求

由于无人机的飞行平台在运行时，自身会形成振动，在成像质量上，以电池为动力的无人机要优于以内燃机为动力的无人机;而在无人机的工作效率上，则要优于以时间为动力的无人机。目前有很多种无人机，由于它们在使用上的不同，造成了无人机的性能上的差异。无人机用于测量测绘工作，对飞行要求和标准都有较高的要求，对其巡航速度、载重量、测量效果等都有较高的要求。举例来说，无人机的最小载重为2kg;无人机使用的电池必须在25min以上才能使用;内燃机无人机的最大载重通常在1h;无人机的最大载重应超过4级风。

2.2.2倾斜相机性能要求

无人机倾斜测量技术对于垂直摄影有一个非常明确的要求，即目前正在实施的《低空数字航空摄影规范》（CH/Z3005—2010），该规范中所提出的要求是：一般无人机倾斜角度应控制在5°以内，最大角度应在12°以内。当今是科技高速发展的时代，在此时代背景下，航测软件在处理能力上不断地实现着提升。根据我国现行国家有关标准的规定，无人机倾斜摄影测量可以实现对15°以上倾角位置的测量。随着无人机倾斜摄影技术的不断发展，倾斜相机不再局限于相机镜头的数目。在目前阶段，无人机倾斜摄像相机的突破点在于如何同时获得所有角度的测量数据，并保证一次作业测量范围的有效延伸。

3无人机倾斜摄影技术在3D模型地形图测绘中的应用

3.1可应用于空中3D建模精度的评价

数字航空摄影测量空中三角测量规范（GB/T23236-2009）曾明确规定，主要是对相对定向相片连接点的数目和测量误差做出了明确规定，但在空中3D建模过程中，在无人机倾斜摄影技术应用于相关指标方面没有做出明确规定，而且在单一连接点指标方面也没有做出明确规定，因此，在实施地形图测绘过程中，不应将传统方法下的空中3D建模测量技术用于实施指标规定，而应从物方和像方两个层面对空中3D建模的准确性进行评估。通常采用物方精度评定，即对检测点坐标位置进行对比和加密点坐标定位，而方精度评定一般是在反投影中，影响匹配点出现的误差进行控制。

3.2可应用于3DsMax的3D建模

无人机倾斜摄影技术在应用过程中的建模思路是：通过将无人机倾斜摄影技术有效地与3DsMax插件开发技术相结合，使建筑快速建模这一方法得以形成，在实际应用中，可以通过控制测量这一方法对地形进行更有效地测量，通过这种方法便可以获得准确、可靠的外部方位元素，将这一步骤完成后，再利用3DsMax插件开发技术，建立一个完整的三维控制模型，从而确保无人机倾斜摄影技术科有效地对地形进行多方面的监控，同时还可以将所测数据信息传送到3DsMax，以确保空中3D模型的准确性得到提升，同时，还可以根据3D模型提供的数据对各个传感器实施最佳程度纹理自动映射，使纹理自动映射走向完美。

3.3现场数据的采集和处理

通过依赖先进的卫星技术完成测控现场的像控点布置和现场航测摄像机的校验工作后，就需要用空三加密软件来处理分区网数据。利用高程数据模型，在完成三角测量工作后，生成相应的初始正摄图像，根据三角测量中的方位元素数据拟合得到具有相同名称的多个位置的初始正摄像，并通过计算机数据整合得到数字高程模型。然后又用EPT软件对原始正摄图像进行进一步的拼接处理，并用PS软件进行拼接后的图像质量检测，重点检查拼接图片的色彩过渡区域、拉花变形区、重影变形区等问题，并对拼接效果进行修正处理。此时，最终的数字正摄影像图已完成。

结语

总而言之，在目前地形图测绘工作中，无人机倾斜摄影由于其技术优势和特点，已逐步取代正摄影像技术，开始在此项工作中推广应用，并可通过三维建模的方法，实现地形图的可视化测绘，是一种能直接向应用人员呈现地形地貌的相关信息，从而为其制图提供方便，进而能保证地图制图的可靠性和准确性，并能使制图成本大大降低，具有较高的价值和效益。

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