倾斜摄影测量高中低空解决方案研究

孔垂桂

摘要：随着我国数字化城市建设的步伐日益加快，各行各业对高分辨率遥感影像的需求日益增大，对信息获取和更新速度提出了 更高的要求。目前业务化运行的高分辨率遥感卫星影像 一定 程度上可以满足高分辨率影像获取的要求，但是基于卫星遥感的摄影测量方式受气象、地貌等条件的影响较为严重，有些地区由于常年没有合适的大气窗口而无法获得高分辨率卫星影像。传统航空 摄影测量技术作为高分辨率影像获取的一种重要手段，对空域及气象条件有着严格的要求。

关键词：无人机；航空摄影测量；高中低空解决方案

引言

近年来，国内外测绘工作者将无人机应用于测绘中的案例越来越多。传统的航空摄影测量法已暴露出诸多不足，比如：航测成本高、飞行过程中需专业的飞行员操作、航线申请困难、航摄周期长。无人机技术应用于测绘行业，在一定程度上弥补了传统航空摄影测量的不足，提高了工作效率、减少了测量成本。

1 倾斜摄影测量原理

无人机倾斜摄影测量系统主要包括飞行平台、飞行控制系统、传感器、高分辨相机、测控系统等，以影像数据为基础，通过对像点的选取和采集，形成定位数据和定位信息，实现影像的自动匹配。在无人机倾斜摄影测量过程中，首先要根据实际工作的需要选择合适的无人机种类及多镜头数码相机，合理进行无人机摄影路线规划设计，航测前做好无人机调试和现场勘查；其次在航测过程中，选择合理的摄影相关参数，从前、后、左、右和正射 5 个方向采集影像数据[5]，获取建筑纹理，导入三维建模软件，创建倾斜摄影三维模型。

2 像控点在空中三角测量中的作用

空中三角测量的解决方案主要包括特征点检测、特征点提取、图像相似性计算、平差等。正常操作过程是在新项目建成后导入POS和图像文件，然后改进摄像机参数，然后计算自由网络。以这种方式获得的结果的坐标系主要取决于使用的POS数据。结果的相对精度较高，但绝对精度很低，无法满足测绘工作对产品精度的要求。为了提升空三成果的绝对精度，则需要引入像控点，通过像控点的约束平差，可以得到绝对精度符合要求的空三成果，即将 POS 坐标系下的成果，通过像控点平差调整的方式，转到像控点对应的坐标系下。其作用就是得到精度可以符合项目要求的空三加密成果。

3 解决方案

3.1 中空飞行载具与相机

结合颜色模型、分辨率和飞行成本，出现了使用轻型飞机飞行方案。飞机接收直升机翼源三角，并在300至600米的空间内运行。该摄像机通过移除多个单反背板来倾斜，并配备了固定斜率平移/倾斜-云台和同步曝光系统，范围从15平方公里到30平方公里。好处空心数据收集当天的单次操作：在位置的限制较少，方便的起飞和着陆，快速转换和对军用和民用航线的影响很小。该模型构造完全相同的颜色和具有高分辨率。缺点空心数据收集：动态三角形飞行翼是严重依赖于空气流动和不稳定的关系。有没有对POS倾斜相机明确的解决方案，也没有处理POS图像不会减少的实时3D模型的准确性。因此，对于第二和第三线城市中空电路，以及以小于70平方公里山区和景点的背景的三维数据集合。

3.2 航摄传感器

无人机航空相机系统大多配备非量测相机，光学系统不稳定，镜头畸变大。因此，有必要对非量测相机进行标定，建立相机的成像模型，获得准确的相机内部方向元素和畸变参数，并校正获得的光学图像的畸变。目前无人机相机多采用自检校的方法进行检校，该方法基于飞行的影像，采用匹配平差的方式检校出相机参数，但是，该方法需要进行影像间的匹配，受影像质量、地物类型影响较大，并且不同的航摄数据得出的相机参数不同。另外，市面上常见的相机畸变检校模型多是对同一张影像采用同一套畸变纠正参数，很难适应影像各区域畸变不同的特点，因此，尽量采用分区域相机畸变校正，准确的量化不规则相机的畸变信息，从而获得高精度的航测数据。由于航测数据获取的特殊性，航摄过程中相机参数设置也是影响影像质量的重要因素。曝光模式选择快门优先，防止影像出现重影；曝光时间最好不超过1/1000秒，有时用1/1250，天气好、光照充足条件下，快门速度可以适当调快；ISO的设置最好不要超过800，昏暗场景时需设置高ISO，明亮场景需要设置低的ISO；光圈设置一般在4.5～9之间，根据经验设置5.6最为合适。

3.3 数据检查

全要素地形数据的质量检查主要包括两个方面：一是通过数学计算检查拓扑关系，检查图形边缘连接、对象相交、对象重复等错误；第二个是数据有效性检查，检查对象属性项数据的字段大小和字段内容的有效性、对象放置层的合法性、对象使用代码的合法性等。质量检查完成后，根据评分细则对数据进行质量评定，对质量不合格的全要素地形数据退回处理，修改至满足质量要求。相比传统基础测绘地形图，全要素地形数据主要增加了道路地面箭头、停车线、人行横道线、道路标线等道路交通标志信息，为高精地图、城市道路交通网络提、城市精细三维模型供了可靠的数据来源。

3.4 高空飞行载具与相机

大型运输机-12适用于600米高空的环境，可以对60公斤以上的倾斜摄像机捕捉到的气流进行大规模阻力。例如，徕卡rcd30、topdc、SWDC 15运输机的飞行比稳定，飞行时间长（超过7小时），在100多平方公里的大规模空中作业中具有显著优势。高度数据采集的优点是，从天线倾斜的摄像机的位置信息准确，对控制点的需求非常小。最后三个符合精度水平显示的空匹配、真实3D模型可以内置，每个小而方便地应用单位面积的电容模型。缺点：海拔采集：高天气需求，机场和飞行员驱动运营成本；由于高度的原因，拍摄必须穿过雾层，导致单位面积分辨率低的图像颜色失真。因此，高空飞行计划适用于获取城市中建设数字城市和智慧城市建成区的三维背景数据。

3.5 空中三角测量

1)空中三角测量。空中三角测量主要包括两个步骤：一是生成影像外方位元素，通过将外业采集的数据，包括POS数据、像控点成果、影像数据进行建模得到；二是通过计算机解算生成高密度三维点云信息，通过对影像数据进行密集匹配得到。2)三维倾斜模型构建。三维建模主要包括两个部分：一是通过高密度的点云生成不规则三角网；二是将采集的纹理信息映射至不规则三角网中，最终生成具有三维位置信息与纹理信息的倾斜模型数据。其中模型数据包含了3种信息，分别是真实影像纹理、不规则三角网、高密度点云。

3.6 飞行前检查

为更好地实施航空摄影，无人机在进行航测飞行前，必须将前期所有准备工作做好，在飞行前应全面了解测区基本地形地貌，现场踏勘、核实测区是否处于禁飞或限飞区，是否有超过航高的建（构）筑物或者低于航高 10 m 范围内的高大金属构筑物，例如高压线塔、信号塔、作业塔吊等，防止出现飞行盲区。像控点是保证航测精度的重要标识物，要详细检查像控点、检核点是否被破坏、遮挡，检查像控点布设是否合理。

结束语

在倾斜摄影测量中，像控点数量增多，会使得后期的实景三维模型精度提升，但是当数量达到一定数值时，其精度不再随着像控点数量的增加而提高，因此在实际作业中，像控点数量合适就可以，并不是像控点的数量的多少代表成果精度的高低。对于同一方案下得到的实景三维模型，模型的平面精度普遍略低于高程精度。

参考文献

[1] 刘子安.无人机飞行控制技术研究[J].山东工业技术，2019(06)：176.

[2] 金新平，戴竞辉，黄瑶，等.无人机像控点布设方式对实景三维模型成果精度的影响[J].经纬天地，2020（6）：40-45.