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简析无人机倾斜摄影测量在农村房地一体中的应用

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：杨明辉张金卓刘欣阳

[导读] 摘要：无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体中的合理应用，有效解决了传统航测低效率，周期长，成本高、真实性差等缺点。

        山东正元数字城市建设有限公司山东烟台 264000
        摘要：无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体中的合理应用，有效解决了传统航测低效率，周期长，成本高、真实性差等缺点。基于此，本文阐述了无人机倾斜摄影测量的工作原理及其应用现状，对无人机倾斜摄影测量在农村房地一体中的应用进行了简要分析。
        关键词：无人机倾斜摄影测量；工作原理；现状；农村房地一体；应用
        1.无人机倾斜摄影测量的工作原理
        无人机倾斜摄影测量是指通过无人机搭载一个或多个高清可见光摄像头，在被测物体正上方同时以不同的倾斜角度采集影像，后期结合每张影像图片的POS（经纬度）信息，通过影像处理软件进行空三解算后形成实景三维建模。目前常用设备是由一个垂直、四个倾斜五个不同的传感器组成的五拼相机或者两个不同角度放置的微单相机，通过轻型固定翼或多旋翼无人机搭载进行航测。在实际的无人机倾斜测量过程中，镜头首先会呈现为垂直向下的姿态，并根据已经规划好的拍摄轨迹拍摄一组正摄影像;其次云控制平台将会控制镜头发生一定的角度偏移，然后沿着规划好的飞行轨迹或者垂直于规划好的垂直轨迹进行分别飞行两遍，获取四组倾斜影像，并且在影像拍摄的同时，无人机上装设有的GPS模块和惯性导航系统将会记录曝光瞬间的位置及镜头的倾斜姿态参数，方便后续处理;最后只要能够保证四组倾斜影响中，同一地物能够在三张以上影像上实现可视，那么计算机便可以根据正摄影像、倾斜影像、位置信息、倾斜姿态参数等信息内容，执行对影像进行处理及自动匹配，之后运用空中三角测量的方法，求解出物体的三维坐标，并通过构建三角网络模型和多视角纹理贴图来实现三维模型的构建。
        2.无人机倾斜摄影测量应用现状
        在农村房地一体确权登记中，常用的测量技术手段有三种，分别为借助全站仪和RTK进行全野外地级和地形测量;全野外素质测量与传统摄影测量相结合以及无人机倾斜摄影测量。与借助全站仪和RTK进行全野外地级和地形测量技术相比，基于无人机倾斜摄影测量的农村综合测量技术可以将现场测量工作转化为内部矢量化，极大地改善了工作人员的工作环境，并且还可以有效提高测量效率，降低测量成本，缩短测量项目工作周期。
        3.无人机倾斜摄影测量在农村房地一体中的应用分析
        3.1 航空平台的选择与航线规划
        多旋翼无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊无人驾驶直升机。多旋翼无人机通过每个轴上的电动机的转动，带动旋翼并产生升推动力。其通过改变不同旋翼之间的相对转速，可改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。航线规划是影像获取的前提，根据测区内的实际情况进行航线规划设计，设置符合测区实际的影像重叠度和等飞行高度参数，然后再利用无人机根据设计好的航线来获取拍摄区域的影像。
        3.2 合理布设像控点。像控点布设一般有以下方式：
        3.2.1在整个测区内均匀布设像控点。
        3.2.2 以点组方式在测区角部位置布设像控点。
        3.2.3 在测区的四周均匀布设，在角部以点组方式布设。
        3.2.4 在测区的角部以点组的形式布设像控点，在四周均匀布设像控点，在内部布设少量像控点。考虑到成图质量和外业像控点布设的作业效率，本项目采用第四种方法布设像控点，使用GPS-RTK采集像控点坐标。
        3.3 实景三维建模。
        3.3.1 空中三角测量
        空中三角测量包括特征点提取和光束法区域网平差。

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利用POS提供的多视影像的外方位元素作为初始值，采用ASIFT，SIFT算法（尺度和仿射不变特征算法）来进行多视影像的特征点匹配，以获取不同影像之间的连接点。光束法区域网平差在理论上是解算精度最高，最严密，也是空中三角测量主流的方法。利用试验区中影像连接点的像点坐标，结合地面控制点，通过严密的平差计算，得到连接点的地面坐标和多视影像的外方位元素。一般情况下，利用ContextCapture进行空三解算，会得到一次空三结果，，但有时会出现空三数据不符合要求的情况，导致空三的结果出现问题。针对这种情况，通过添加连接点或者删除不符合要求的数据再次进行空三解算，会获得更加精确的空三结果。
        3.3.2 三维建模
        倾斜空中三角测量后进行三维建模，ContextCapture系统根据影像的匹配算法，自动的匹配影像中的同名点，然后在影像中提取更多的特征点构成密集点云。在上一步建立的影像之间的关系建立三角TIN，再由构建的三角TIN生成白模，ContextCapture软件会自动的计算出模型所对应的的纹理，并将纹理映射到由TIN构成的白模上，完成实景三维模型的重建。
        3.4 倾斜摄影数据处理系统
        利用微型无人机倾斜摄影系统完成数据采集后，巡检人员将照片按照每个架次为单位整理，并逐一导入倾斜摄影影像处理软件，利用GPS平差及影像匹配技术，解算影像空中位置和姿态，实现电力线通道地表高精度三维重建，获取输电线路通道高密度点云模型；随后将空三模型导入树障分析软件，数据分析人员在系统的辅助中半自动提取电力线以及电力线弧垂，随后通过计算地表三维点云与电力线之间的空间距离，自动识别电力线通道内的障碍物，生成通道危险点分析报告，为输电线路通道检修及树障清理工作提供高精度数据支持。目前全球应用最广泛的无人机倾斜摄影照片数据处理软件为ContextCapture和Pix4D两种，但ContextCapture在模型效果理想，人工修复工作量低的同时，操作也相对复杂，不易上手。同时，该软件最大缺点在于空三模块成功率不高，导致后续建模失败。Pix4D通过无人机获取的影像自动处理剘影像内容，并利用其生成高质量的三维立体模型，该软件安装方便、操作简单，但输出格式相对较少、模型精细程度只属中等，并且后处理工作量相对较大。
        3.5 影像处理
        3.5.1 DP-Smart 空三建模
        DP-Smart（Digital Photo Smarts）是如今无人机倾斜影像测量影像处理中比较常用的一种自动化建模软件。该软件可以以简单连续影像为基础，一键完成三维模型的自动生成，无须人工进行过多操作，简单实用，操作便捷。基于DP-Smart软件，所有通过无人倾斜影像技术采集到的影像资料将会被全部转化成为三维立体模型，促使测量工作实现立体化、可视化。
        3.5.2 DP-Modeler测图
        以倾斜影像和三维立体模型为基础，DP-Modeler软件可以直接对房地轮廓特征、点状地物进行自动矢量绘图。在实际 DP-Modeler测图过程中，相关工作人员只需要为各地物要素赋予对应的国际标码，那么 DP-Modeler软件便会根据测图对象的国际标码，执行激活相应的Cass编码，并进行全要素矢量绘图、测图工作。相比较传统的无人机摄影测量技术来说，采用 DP-Modeler软件的无人机倾斜影像测量技术可以直观的确定遮挡物下方的实际情况，有效解决了传统无人机摄影测量技术无法观测遮挡物下方情况，需要外业工作人员进行辅助的情况，其不仅有效提高了工作效果，还降低了测量人员的工作强度，避免测量过程中对居民的影响。
        结束语：综上所述，农村房地一体测量任务量大、工期紧，涉及宗地数多，流程多、复杂度大。合理运用无人机倾斜摄影测量技术，可以有效提升农村房地一体的测量工作效率，因此对无人机倾斜摄影测量在农村房地一体中的应用进行分析具有重要意义。
        参考文献
        [1]郭岚.无像控无人机倾斜摄影测量在农村地籍测量中的应用[J].测绘与地理空间信息,2019(04)
        [2]周敬平，韩有文.无人机倾斜摄影测量技术在藏区城镇实景三维建模中的应用[J].青海国土经略，2019（02）