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无人机倾斜摄影测量技术概况及应用研究

发表时间：2020/8/12 来源：《基层建设》2020年第10期作者：范园

[导读] 摘要：无人机倾斜摄影测量技术是测绘方向的一项高新技术，它通过搭载多台传感器从不同角度采集相关影像，高效快速地获取高分辨率、大视场的、详细的地面数据信息。

        内蒙古科技大学内蒙古自治区 014000
        摘要：无人机倾斜摄影测量技术是测绘方向的一项高新技术，它通过搭载多台传感器从不同角度采集相关影像，高效快速地获取高分辨率、大视场的、详细的地面数据信息。随着科学技术的不断发展，无人机倾斜摄影测量技术在越来越多的领域得到了广泛的应用。本文简述了无人机倾斜摄影测量技术的概况、原理及其在不同领域的应用研究。
        关键词：无人机倾斜摄影；原理；应用研究
        引言
        在无人机技术问世之前，人们获取地理信息主要依靠传统的人工收集方式，但是，该方式存在一些无可避免的缺点，如获取地理信息成本较高、所需时间较长，从而增加了相关工作的难度。当无人机出现时，可以快速高效地获得详细可靠的地面数据信息，从而降低成本，同时拍摄视角更加广泛，得到的数据信息也更加完整精确。无人机倾斜摄影测量技术可以将地面物体的各种信息以全新的方式展现出来，详细地反映地物的真实情况。因此，无人机倾斜摄影测量技术不断地应用于测绘相关工作中，从而提高了信息数据精度和测量工作的效率。无人机倾斜摄影测量技术是近几年的新型技术，在各个测绘领域具有广阔的应用前景。
        1、无人机倾斜摄影测量技术概况
        1.1 无人机倾斜摄影测量系统
        无人机倾斜摄影测量系统主要由两大类组成即影像获取设备和数据处理软件，其中影像获取设备包括无人机系统（飞行平台、任务装置、地面控制站）、航向规划软件和相机。航线规划比较常见的软件主要有 Pix4Dcapture、Altizure、DJI Gs Pro、智巡者等。倾斜摄影的相机通常是五镜头的，包含四个倾斜和一个垂直镜头，可以从五个角度同时采集地面物体的影像。倾斜摄影测量软件主要用于外业获取数据后内业的影像处理[1]。
        1.2无人机倾斜摄影测量技术特点及优势
        无人机倾斜摄影测量技术的特点[2]：
        （1）获取数据方便简单，很少受外部环境影响；
        （2）可获取多个视点的影像，影像结果更加真实直观；
        （3）具有较小的数据量，可通过网络发布进行共享应用；
        （4）影像分辨率较高，可以清楚显示建筑物的纹理。
        无人机倾斜摄影测量技术具有以下几个方面的技术优势[3]：
        （1）无人机低空飞行，多角度相机拍摄，能够多方位、更加全面的获取不同角度影像数据；
        （2）相邻影像之间航向、旁向重叠度较高，影像内容丰富，可以很好的反映所测区域的真实面貌；
        （3）人工干预少，影像匹配、建模等自动化完成；
        （4）无人机倾斜摄影测量技术能在获取物体顶部纹理的同时映射侧面纹理；
        （5）无人机倾斜摄影测量技术工作效率高，使综合成本降低。
        1.3无人机倾斜摄影测量技术流程
        无人机倾斜摄影测量技术流程主要分三个部分进行，具体流程如下所示[4]：

        2、无人机倾斜摄影测量技术原理
        无人机倾斜摄影测量技术，主要是使用搭载在无人机平台上的多个数码相机（对于五镜头而言通过S型飞行方式），在同一时间分别从倾斜、垂直等多个角度采集分辨率较高的影像的一种测量技术。拍摄影像的同时GPS模块和惯性导航系统（IMU）记录影像曝光瞬间的位置信息和参数，只要保证同一地物在三张以上的影像上可视，由计算机对这些影像进行预处理和影像密集匹配自动识别同名像点，运用空中三角测量的方法求解所摄物体的三维坐标，通过构建三角网络模型和多视角纹理贴图，生产三维模型产品或者其他产品的技术[1]。
        3、无人机倾斜摄影测量技术的应用
        近些年，无人机倾斜摄影测量技术在国内测绘行业迅速发展，已经在很多领域进行了相关研究及应用。下面主要介绍其在三维建模、地形图测绘、地质灾害等方面的应用。
        3.1在三维建模方面的应用
        三维建模技术可以直观的反应三维空间的详细信息，在数字城市建模中发挥着极其重要的作用，将无人机倾斜摄影测量技术用于三维建模是一个高效低成本的过程。
        付博等人以江西省的某图书馆作为研究对象，采用无人机倾斜摄影测量技术按照规划航测路线获得影像信息，使用Smart3D Capture软件对671张照片进行拼接、处理，成功构建三维模型图，最后进行精度分析。实验结果表明，三维模型还原性高且精度符合规范要求，所以无人机倾斜摄影测量技术可以满足三维数字城市建模的需要，并对城市三维建模发展起到积极的促进作用[2]。
        田超等人将无人机倾斜摄影测量技术运用到城市实景三维建模，利用南方“天巡”无人机执飞，对采集到的影像进行各种处理，得到最终的航摄结果，采用融合计算机视觉、图形学、航空摄影测量学等高新技术的PhotoMesh7.0实景建模软件进行三维模型自动批量构建，最后进行三维模型的精度分析。历经4个月的时间完成了所有的建模工作，提高了工作效率，该方法生产的实景三维模型满足相关规范要求，应用优势明显[5]。
        3.2在地形图测绘方面的应用
        王果等人选取周口市某村庄作为试验区域，将已经规划好的航线上传，利用搭载五镜头倾斜相机的无人机获取影像信息，完成数据的采集，在数据整理的基础上进行三维重建和真正摄影像生成，最终结合真正摄影像和三维模型在CASS平台上进行数字化成图。结果表明，无人机倾斜摄影测量技术不仅减少外业人力物力，而且精度完全满足技术规程要求，成为农村宅基地测量的一种新方法[6]。
        蒋敏洁等人以陕西省西安市周至县某地块为实例，利用无人机倾斜摄影测量技术采集详细信息数据，提出了地类边界自动划分的新方法，并通过实例进行了验证。结果表明，无人机倾斜摄影测量技术用于地籍地类测绘时，精度完全满足测绘技术要求[4]。
        3.3在地质灾害方面的应用研究
        管建军等人针对传统地质灾害调查效率低，调查工作量大，调查的范围不全面等问题，结合无人机倾斜摄影测量技术的优势尝试将其应用到泥石流地质灾害调查中。
        马许以矿山为中心，周围邻区均纳入地质灾害调查范围的区域为研究对象，运用无人机倾斜摄影测量技术进行了矿山及邻区地质灾害的测量，只需技术人员1名且耗时短，有效提高了测量效率，成为矿山及邻区地质灾害调查中比较关键的技术手段[7]。
        3.4在其他方面的应用研究
        柳婷等人将无人机倾斜摄影测量应用于BIM+GIS技术，完成了城市轨道交通规划选线[8]；文雄飞等人利用无人机倾斜摄影测量辅助遥感技术，进行了在水土保持动态监测中的应用潜力分析；盛一楠等人将无人机倾斜摄影测量技术应用于棚户区的改造；另外无人机倾斜摄影测量技术在其他领域如地质、地貌、水文、通讯及国防建设等方面都有应用研究。
        结束语
        综上所述，无人机倾斜摄影测量技术具有较多的测量优点，在测绘工作中发挥着至关重要的作用，使测绘工作的效率得到了很大的提升，已在各个领域得到了充分的应用。在今后的测绘工作中，人们应该充分利用、发挥无人机倾斜摄影测量技术的优势，推动测绘行业快速发展。
        参考文献：
        [1]赵元务.无人机倾斜摄影测量在农村房地一体测量中的应用研究[D].西安科技大学，2018.
        [2]付博，陈姗，张俊.无人机倾斜摄影测量技术在三维数字城市建模中的应用[J].湖南工业大学学报，2019，33（5）：79-83.
        [3]谭仁春，李鹏鹏，文琳，等.无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[J].测绘通报，2016（11）：39-42.
        [4]蒋敏洁.基于无人机倾斜摄影数据的地类边界划分[D].西安科技大学，2019.
        [5]田超，王书阳.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析[J].资源信息与工程，2019，34（1）：125-126.
        [6]王果，肖海红，张迪，等.基于无人机倾斜摄影的农村宅基地测量方法研究[J].矿山测量，2017（2）：10-13.
        [7]马许.无人机倾斜摄影测量在矿山及邻区地灾中的应用[J].世界有色金属，2019，9：155+158.
        [8]柳婷，陈小松，张伟.无人机倾斜摄影辅助BIM+GIS技术在城市轨道交通规划选线中的应用[J].测绘通报，2017（S1）：197-200．