摘要：测绘工程的技术进步一直伴随着影像技术的突破创新，而测绘所搭载的设备也在日益迅猛的技术革命中得到了突破性发展，近期测绘行业的热点话题正是实现双向突破的无人机搭载倾斜摄影技术。本文将从无人机倾斜摄影技术的原理、特点以及技术优势来阐述其对于测绘工程的重大意义，列举实际生活中无人机倾斜摄影技术的应用领域，为该技术后期阶段的数据处理、需要注意和控制的实验变量以及处理过程中可能出现的误差提供可参考的解决措施。
关键词：倾斜摄影技术；无人机；测绘工程
近年来，随着科技的进步，各行各业的发展都对测绘工程提出了更高的要求。无人机倾斜摄影技术则是近年来测绘行业内异军突起的一枝独秀。该项技术基于无人机、倾斜航空摄影、遥感等多方面技术的综合发展，与传统的垂直摄影相比，呈现出显著的优势，被广泛应用于水利水电、建筑工程和地形测绘等多方面，为我国的测绘水平发展和“数字城市”建设做出了卓越贡献。
1.无人机倾斜摄影技术综合概述
1.1技术原理
从测绘图像的真实性、直观性来说，倾斜摄影与传统的垂直摄影相比，前者更能够展示出地面、建筑等物体的高度差，有利于测绘人员分析地面不同高度，得出更加精确的结论，有效地提高了分析测绘水平。
最早，倾斜摄影技术发展于传统的有人飞机，主要目的是采集建筑的视图纹理信息，并未在测绘领域应用开来。随着科技日益发展，图像匹配技术也突飞猛进，倾斜摄影技术逐渐转移到了以无人机为载体的设备之上，并开始在大比例尺地形图测绘等方面大展拳脚。无人机在搭载倾斜摄影技术的同时，机载飞行管理系统、定位系统等也都是必备的配套软件设施[1]。
作为倾斜摄影技术的输出设备，采集地面图像的影像设备由多台高分辨率相机组成，空中作业的同时，采集目标区域图像的角度多从垂直和倾斜两方面入手。影像图片采集过程中，多为五镜头联合的摄影系统同时工作，获得目标区域的数据后，由同机搭载的无人机飞行平面GPS/IMU进行数据处理，通过相应的技术软件再对初始图像数据进行解构重组，形成目标地区的三维立体模型以及数字化的模型表面影像。
1.2技术特点
无人机倾斜摄影技术的关键要点之一在于无人机搭载的摄像镜头。无人机搭载的倾斜摄影系统需要多角度地拍摄目标地区，掌握多角度、多方面的信息，尤其是顶部与侧面的数据，因此，其搭载的镜头也都是多组、单组相结合，拍摄多角度图像。由此，对于作业中摄像头的像素要求比较高，出于成本的考量，一般需降低多组镜头的像素，控制镜头的曝光时间。同时，在倾斜摄影技术的无人机进行航空拍摄时，也需要强劲的电池系统，能够提供镜头运作90分钟以上的流畅供电[2]。
与拍摄镜头相呼应，无人机本身的技术也在此方面有所提升。比起传统无人机，需要执行倾斜摄影工作的无人机操作更加便捷，对于载重、续航也有了进一步提升。此外，由于该类特殊工作无人机的遥感技术更加精确，拍摄图像的单位时间比传统无人机作业更短，效率得以显著提升。
1.3技术优势
传统的垂直摄影手段，因其难以测得顶部以外数据，所以获取信息比较有限。无人机倾斜摄影则改变了这一局面，该项技术通过多个方向、多个组合的摄像镜头，弥补垂直摄影单角度的缺憾，以多角度观察测量目标区域，快速获取、综合考察物体多方面的信息。这一技术不仅降低了测绘工程的所需成本，更使得三维测量在实际操作过程中的应用更加便捷，适用的范围更加广泛。
另一方面，多角度的信息使得拍摄图像更具真实立体的效果，对测绘工作中三维模型建立、测量工作起到有力的佐证。在无人机倾斜摄影技术的支撑下，获得的图像数据更加详实，从而为建模提供了真实丰富的纹理信息。还原待测目标是测绘工程的关键环节之一，后续工程的施工和落地需要还原目标的真实数据。因此，在无人机倾斜摄影技术的辅助下，多角度地测量目标全方位、全维度的信息，解决了还原工作可能存在的实际困难，并将物体的倾斜角、坡度、高度等数据纳入计算，运用矢量绘图平台，最后得出的实地测量数据更加真实科学，方便了日后工程的开展，使得测绘工程工作的效率和质量跃上新台阶。
从人类感官而言，也更能真实客观、科学精确地反应人眼中对该物体的感知。无人机倾斜摄影技术中摄像头的分辨率更好，所拍摄的图像也更加清晰可见，通过机载的数据软件处理系统，对单张、多张影像可进行初步的处理，对于目标地区和物体的各类细节以及周边环境的分辨有很大的帮助，对测绘工程中目标物的分析起到了推动的作用[3]。
2.无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的具体应用
2.1航线的制定与设计
无人机搭载倾斜摄影技术进行实地作业之时，地面人员利用其多角度的特点，通过对无人机飞行的高度、摄影相机倾斜的角度、镜头分辨率以及待测目标与镜头之间的距离，并把获得的数据进行标注，可以提高对初始数据的分析准确性，同时，完善该区域的设计，为无人机的飞行航线设计工作起到促进作用。
2.2架设地面观测系统
作为测绘工程中的一大重点环节，地面观测对于观测所得数据和图像的要求比较高。不仅对于地面的平面特征有一定的要求，地面状态、地面上所存在目标包括凹凸地面的高度差等数据信息都要纳入观测、收集范围。传统垂直摄影只能单面提供顶部信息，对于其他高度相关的信息无法进行观测，而倾斜摄影技术的多角度优势正好能够获得全面的地面高度变化，从而获得全面科学的高度差信息。为测绘人员后期分析不同地面高度的目标打下坚实基础，更能获得精确结果，极大地方便了对于地面观测的工作。
2.3 支持GPS信号接受的布设
测绘工程的实地作业中，需要重的关注架设接受信号的GPS系统问题。在一定范围内，架设GPS信号接受系统能够保障无人机摄影和相机观测的有效实行，从而实现拍摄数据、处理数据的同步。而在作业完成后，观测人员也要进行GPS布设的精度判断，确保数据的真实科学。由此，信号接受则是GPS布设之后的重点关注对象。信号通畅才能保证数据的观察和接受，同时控制GPS接受的精度和时间，在电量充足的情况下，无人机倾斜摄影技术才能更加精确地将收集到的数据反映并传输到GPS信号系统，对该系统布设的准确测量，进行测绘工程所需的数据收集整理，从而提升效率和准确度[4]。
3.实操过程中数据处理
3.1 POS数据处理
测绘工程一大关键环节就是处理POS数据。在进行实地操作工作完成后，数据需要进行分析和采集。GPS布设站点的坐标，飞行时长航线、相机的曝光等信息都是在无人机进行倾斜摄影作业中产生的大量文件，在处理中，就要删去无用数据，而对整个飞行过程中所记录的内容数据适当处理，文件数据中的曝光记录应与相机曝光的Mark时刻一致，有利于后期POS的更详细分析。
3.2 GPS数据处理
GPS数据的检查至关重要。作为实现倾斜摄影技术数据处理的基础，需要将GPS原始数据下载后，预先处理，将原始数据转换为统一格式的文件，调整不连贯的数据部分，并进行数据分离。获得倾斜摄影的数据后，及时参考地面基站的GPS数据，对比两者是否存在异常。若有异常数据，要及时排查原因，及时处理，从而判断是否需要采取进一步的补救措施，如重摄或补射，从而保证在目标区域所采集测绘的数据是准确科学的。
4.控制无人机倾斜摄影所获图像数据质量
4.1控制航空摄影的时长与质量
合适的时间段对于进行无人机倾斜摄影工作有重要影响，太阳高度角等因素都会影响摄影影像的效果和准确性。因此，航拍时间最好选择日中时间，避免太阳高度角的干扰。而飞行方向等因素也需要得到控制，旁向重叠度应该略大于像片范围，航向重叠区域等因素同样需被纳入考虑范围[5]。
4.2 控制测得影像的质量
实际摄影过程中，完成多角度的倾斜摄影工作需要各个镜头组之间的相互配合。目前三镜头和五镜头的传感器镜头比较流行，这两种镜头组合能够完成对目标区域多方向的拍摄，自动根据各个曝光点，拍摄目标区域。
如遇目标区域突出建筑物重影，可选择无明显突出物的平坦地面进行影像衔接，也可使用高度密集匹配，完成图像拼接，或直接识别匹配倾斜摄影所得影像与下方影像的直线特征，再进行调整，减少重影。此外，影像的反差、色调与色彩饱和度同样需要检查，其次，检查影像的层次和分辨率是否能够达到设计工作所需的要求。
测绘工程的实际工作开展中，种种不可抗力因素的影响下，难免会出现影像资料质量难以控制的现象。对于该类现象要早发现、早处理，已出现的不合格图像要及时采取措施，补拍或重摄。补救措施的开展中，必须按照首次航线飞行设计的方案，根据区域网的布点要求设置长度，使用与首次航拍采用的同种航摄仪减小误差。
初步测绘数据为三维模型建构而服务，因此，对所得数据进行预处理是必不可少的。影响的完整清晰、是否有较大模糊、是否光线会导致建模差异等都是需要被检查的[6]。
4.3 提高控制点的测量精确度和数量
提高控制点的测量精确度和数量能够有效避免建模等方面的偏差。在大面积、建筑物密集排的地区，可以采取间隔距离设置控制点的方法，而在相对地广人稀的地方，间隔距离可以酌情扩大。同时，控制点也可落在房屋建筑屋顶和道路交叉口等视线较开阔的位置。
5.测绘误差分析及优化措施
测绘工程中实际作业中常常会有误差产生，像片原始分辨率低产生的误差是比较常见的一种。此类情况可以通过换长焦镜头、降低拍摄高度等方法，提高所得到的地面分辨率，获取进一步精准的数据。而空中三角测量方法中，误匹配定点和粗差点等数据也会影响测量的精度。人工干预的方式能够将此类情况优化到最佳，提高地形图测绘的准确度和科学度。另一大误差的主要来源是人工采集，在面对不在同一高度的物体时，视差会导致矢量的采集不准。提高测绘人员的操作水平，根据多角度影像调整，会有效避免此类误差。
结束语：
现代测绘工程需要与时俱进，引进高新科技，融合其他各领域的发展。而无人机倾斜摄影技术能够有效地满足多种测绘的需求，在大比例尺地图、水利水电工程等领域都有不俗的表现，且能满足不同领域的精度需求，提高了测绘作业的质量和效率，便利了测绘行业人员的工作流程，适应了社会快速发展、测绘工程行业快速发展的需要，值得大规模推广。
参考文献：
[1]马威威,何原荣,何婷婷,冷鹏.城区倾斜摄影测量数据质量提升方法[J].福建工程学院学报,2020,18(01):97-102.
[2]徐维江. 无人机倾斜摄影测量在建筑规划竣工测绘中的应用[J]. 山西建筑, 2017(21):201-202.
[3]王琳, 吴正鹏, 姜兴钰, et al. 无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用[J]. 测绘与空间地理信息, 2015, 000(012):30-32.
[4]潘成军.无人机倾斜摄影在道路工程中的应用与分析[J].测绘工程,2018,27(12):64-69+74.
[5]周小杰, 胡振彪, 乔新. 无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J]. 城市勘测, 2019, 169(01):65-68.
[6]孙亮,夏永华.基于无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的可行性研究[J].价值工程,2017,36(08):209-212.