無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)標準

在無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)的應用過(guò)程中，存在模型分辨率不*致，精度不可靠，格式不匹配的問(wèn)題。然而，目前沒(méi)有評估任務(wù)質(zhì)量的標準，這在*定程度上限制了無(wú)人機的傾斜。攝影測量技術(shù)得到了進(jìn)*步發(fā)展。本文針對無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)的現狀，討論了從航空攝影準備（硬件）到數據處理應用（軟件）的整個(gè)過(guò)程流程的技術(shù)標準，并提供了*些無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)的實(shí)踐者。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機；傾斜攝影；技術(shù)標準

無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的*項新技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)的三維數據能夠真實(shí)地反映地物的外觀(guān)、位置、*度等屬性。利用無(wú)人機可以快速采集圖像數據，實(shí)現三維造型的自動(dòng)化。傾斜攝影數據是具有空間位置信息的可測量圖像數據，可以同時(shí)輸出DSM、DOM、TDOM、DLG等多種結果。目前，無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)已被越來(lái)越多的行業(yè)所認可和應用，但*無(wú)人機傾斜攝影技術(shù)標準尚不明確，這給無(wú)人機傾斜攝影帶來(lái)了*些問(wèn)題。本文結合實(shí)際工作和研究經(jīng)驗，探討了無(wú)人機傾斜攝影測量的技術(shù)標準。

無(wú)人機傾斜攝影系統簡(jiǎn)介

傳統的航空攝影只能從垂直角度捕捉地面物體。傾斜攝影通過(guò)在同*平臺上攜帶多個(gè)傳感器并同時(shí)從不同角度（如垂直和側視圖）捕獲圖像，有效地彌補了傳統航空攝影的局限性。然后，UAV傾斜攝影系統可以定義為：使用無(wú)人機攝像機作為飛行平臺和傾斜攝像機作為任務(wù)設備的航拍圖像采集系統。

1.1飛行平臺性能要求

目前市場(chǎng)上有多種無(wú)人機，根據動(dòng)力系統可分為內燃機動(dòng)力和電池動(dòng)力；從飛行實(shí)現可以分為固定翼和轉子(單轉子、多轉子)。由于飛行平臺的振動(dòng)問(wèn)題，電池功率在成像質(zhì)量上優(yōu)于發(fā)動(dòng)機功率；固定翼在運行和壽命方面優(yōu)于轉子；在飛行穩定性方面，轉子優(yōu)于固定翼。由于無(wú)人機的用途不同，其性能標準也不同。測繪無(wú)人機對飛行標準提出了更*的要求，在載荷、巡航速度、實(shí)際海拔、壽命、安全性和抗風(fēng)能力等方面都受到限制。

例如:

無(wú)人機小負荷2kg；

2多旋翼巡航速度大于6米/秒，固定翼無(wú)人機巡航速度大于10米/秒;

（3）電池續航時(shí)間大于25分鐘，內燃機續航時(shí)間大于1小時(shí)。

(4)風(fēng)阻要求不低于4級風(fēng)速；

無(wú)人機實(shí)際*度限制在1000 m以上，*度不低于3000 m。

1.2傾斜攝像機的性能要求

《低空數字航空攝影規范》（CH/Z 3005-2010）中，測繪航空攝影的傾角規定為垂直攝影：傾角不大于5度，大不大于12度?，F有航測軟件的處理能力大大提*。根據本標準，15度以上的傾斜角度可分為傾斜攝影。隨著(zhù)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展，傾斜相機不再限制鏡頭的數量。傾斜相機的關(guān)鍵技術(shù)指標是從不同角度獲取圖像的能力，以及單架次作業(yè)的廣度和深度。它包括五鏡頭、三鏡頭、雙鏡頭多鏡頭相機和單鏡頭系統，可以調節相機的拍攝角度。在無(wú)人機航測標準中，航拍像素不低于3500萬(wàn)。在傾斜攝影中，單個(gè)相機的像素不受限制，但*次曝光所獲得的圖像像素可以被控制。傾斜攝像機的性能要求可以從圖像采集能力、工作時(shí)間、曝光功能、持續時(shí)間、位置記錄功能等方面加以限制。

例如:

*次曝光像素越*，效果越好，但根據設備成本，單鏡頭不少于2000萬(wàn)像素，*次曝光不少于1億像素；

（2）工作時(shí)間至少可達到90min。hao有能力圍繞時(shí)鐘工作；

3有*個(gè)定點(diǎn)曝光功能，以確保圖像重疊符合要求。

2 飛行航線(xiàn)的設計

2.1 航攝*度的確定

無(wú)人機傾斜攝影飛行*度是航線(xiàn)設計的基礎。航空攝影*度需要根據任務(wù)要求選擇合適的地面分辨率，然后結合傾斜相機的性能，按公式（1）計算h=f*gsd/alpha（1），h為航空攝影*度，單位m；f為鏡頭焦距，單位。

α是像素大小，mm；gsd是地面分辨率，m是單位。

2.2空中重疊的設置

低空數字航空攝影規范規定“航向重疊*般應為60％至80％，小值應不低于53％;側面重疊*般應為15％至60％，小值應不小于8％“。當無(wú)人機傾斜相機時(shí)，側面重疊顯然不足。無(wú)論航向重疊還是側重疊，根據算法理論推薦的值為66.7％。它可分為兩種情況：稀有建筑和密集建筑。

2.2.1稀有建筑區

考慮到俯仰和側傾對飛行器傾斜的影響，在沒(méi)有*層建筑、地形與物體*度相差較小的區域，傾斜攝影測量不少于70%。要獲得*個(gè)區域的完整圖像，無(wú)人機必須飛越該區域。以這兩幢樓宇之間的面積為例，如果這兩幢樓宇因*度而*封閉，而飛機又不飛越該地區，無(wú)論加多少攝影機，都是不可能捕捉到覆蓋范圍的。從而導致了建筑模型幾何結構的粘合。

2.2.2建筑密集地區

在人口稠密地區建立遮擋問(wèn)題非常嚴重。在航空攝影期間路線(xiàn)重疊的設計不充分且在相關(guān)建筑物上沒(méi)有飛行將導致建筑模型的幾何結構的附著(zhù)。為了提*人口密集區域的圖像采集質(zhì)量，圖像重疊可以設計*達80％至90％。當*層建筑的*度大于天線(xiàn)*度的1/4時(shí)，可以通過(guò)增加圖像重疊和交叉飛行來(lái)解決，以增加冗余觀(guān)察。例如，著(zhù)名的上海陸家嘴地區傾斜攝影使用超過(guò)90％的重疊圖像采集，以防止建筑物相互阻礙。圖像重疊與圖像數據量密切相關(guān)。圖像重疊越*，同*區域中的數據量越大，數據處理的越低。因此，在設計路線(xiàn)時(shí)，我們必須平衡兩者之間的平衡。

2.3 區域覆蓋設計

“覆蓋范圍應超過(guò)攝影區域的邊界線(xiàn)不少于兩條基線(xiàn)。側面覆蓋率*般不低于圖像區域邊界線(xiàn)以外的50%。這是對航空攝影區邊界覆蓋原始規范的保證，但在無(wú)人機傾斜攝影中明顯不足。理論上，像觀(guān)察測量區域中心區域的特征點(diǎn)*樣，目標區域邊緣上的物體可以出現在圖像的任何位置?？紤]到測區的*度差，可以用式（2）L=h1*tantheta+h2-h3（）+l1（2）計算出路線(xiàn)向外擴展的寬度，式中L為向外擴展的距離，h1為相對*度，theta為相機傾斜角，h2為攝影基準面*度，h3為低點(diǎn)P。測區邊緣點(diǎn)*，l1為圖像振幅的*半對應的水平距離。

3 控制測量

控制測量是為了保證空間三次測量的精度，確定物體在空間中的位置。在常規低空數字航空攝影測量野外編碼中，詳細介紹了控制點(diǎn)布設方法，這是保證大比例尺測圖精度的基礎。與傳統攝影測量相比，傾斜攝影需要更*的圖像重疊度。目前對圖像控制點(diǎn)放置要求的規范不適用于*分辨率無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)。無(wú)人機通常采用GPS定位方式，利用自己的POS數據，確定圖像的相對位置是明顯的，可以提*空間三次計算的精度。

3.1 常規三維建模

在Smart3D算法的基礎上，從終的空三特征點(diǎn)云的角度給出控制間隔。建議的值是每20，000或40，000像素設置*個(gè)控制點(diǎn)。其中，差分POS數據(相對準確的初始值)可以放寬到40000像素，并且至少20，000個(gè)沒(méi)有差分POS數據的像素可以設置控制點(diǎn)。同時(shí)，應根據各任務(wù)的實(shí)際地形情況靈活使用，如地形起伏大、大面積植被和地表水特征點(diǎn)少、需要適當增加控制點(diǎn)等?？刂泣c(diǎn)測量采用附加導線(xiàn)測量方法，獲得*精度的位置信息。

3.2 應急測繪保障

在地震，山體滑坡，泥石流等自然災害發(fā)生后，為了及時(shí)測量災區的三維數據，不能按照傳統的操作方法進(jìn)行控制測量，可以通過(guò)讀取坐標，手持GPS快速進(jìn)行Google地圖中的測量，RTK測量等。在災區獲取少量控制點(diǎn)，生成真實(shí)的災區三維模型，為救災提供幫助。

3.3 點(diǎn)位選擇要求

圖像控制點(diǎn)的目標圖像應清晰，當前對象的小交點(diǎn)和對象的明顯角點(diǎn)的位置應固定且易于測量。當條件具備時(shí)，可先制作現場(chǎng)控制點(diǎn)標志，*般選用白色（或紅色）油漆畫(huà)十字形標志，并在航拍飛行前拍攝多幅圖像，以確保在傾斜圖像上正確識別十字形標志?？刂泣c(diǎn)測量完成后，應及時(shí)繪制控制點(diǎn)分布示意圖和控制點(diǎn)信息表，準確描述各控制點(diǎn)的方位和位置信息，便于內部點(diǎn)的使用。

4 空中三角測量

以Smart3D捕獲自動(dòng)建模系統為例，闡述了空中三角測量的相關(guān)要求。

4.1 像片刺點(diǎn)

根據實(shí)際位置，將現場(chǎng)測量到的控制點(diǎn)信息插入到自動(dòng)建模系統中。這項工作被稱(chēng)為圖像刺點(diǎn)。刺的位置*般是十字的中心、直線(xiàn)的右、左角或直角的內角，如斑馬線(xiàn)的左右角，由圖像分辨率和斑馬線(xiàn)的寬度來(lái)估計?？s放圖像到正確的大小，以完成刺點(diǎn)。

4.2 空三計算

系統的空心三計算自動(dòng)完成，并采用波束法區域網(wǎng)絡(luò )整體調整方法進(jìn)行。也就是說(shuō)，使用由圖片組成的光束作為調整單位，并且使用中心投影的共線(xiàn)方程作為調整單元的基本方程，并且通過(guò)旋轉來(lái)建立模型之間的共同光。和每個(gè)射線(xiàn)束在空間中的平移。實(shí)現+交叉，并將整個(gè)區域+地嵌入控制點(diǎn)坐標系中，從而恢復對象之間的空間位置關(guān)系。

4.3 空三精度

在《數字航空攝影測量空中三角測量規范》中，對圖像連接點(diǎn)相對方位的個(gè)數和誤差進(jìn)行了明確的定義，但無(wú)人機三號傾斜攝影中沒(méi)有相對方位信息，沒(méi)有反映出單點(diǎn)連接的精度指標。它不能像傳統的航空三號天線(xiàn)那樣地選擇*誤差，因此可以從像方和物方兩個(gè)方面進(jìn)行綜合評價(jià)。準確度為3。目標的精度評估是常用的，即比較加密點(diǎn)與檢查點(diǎn)之間的坐標差（冗余的照片控制點(diǎn)，不參與調整）；圖像的精度評估是由圖像匹配點(diǎn)的反投影誤差控制的。傳統的三種精密度指標只能代表整體的精度范圍，卻看不到局部的精度問(wèn)題，通過(guò)外部元素的標準差可以得到更全面的性能。*般來(lái)說(shuō)，空三個(gè)操作的質(zhì)量指標包括：切片是否丟失，連接點(diǎn)是否正確，是否有層、故障、錯位，檢查點(diǎn)誤差、圖像控制點(diǎn)殘差、連接點(diǎn)誤差是否在*限誤差范圍內。

5三維模型質(zhì)量

無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)可以提供三維點(diǎn)云、三維模式、真正像(TDOM)、數字表面模式(DSM)等多種技術(shù)成果。其中，三維模型具有真實(shí)、詳細、具體的特點(diǎn)，通常稱(chēng)為真實(shí)三維模型。三維模型可以作為*種新的基礎地理數據進(jìn)行精度評價(jià)，包括位置精度、幾何精度和紋理精度三個(gè)部分。

方面。

5.1 位置精度

通過(guò)比較加密點(diǎn)和校驗點(diǎn)的精度，三維模型的位置精度評價(jià)與空間3相似。在控制點(diǎn)附近的平坦區域，精度比較容易，當幾何特征如角、壁線(xiàn)、陡脊發(fā)生較大變化時(shí)，模型上采樣點(diǎn)的誤差較大，精度測量的可靠性可降低，從而得到終的結果向量或模型數據，并相互比較。

5.2 幾何精度

傳統的手工建?？梢宰杂傻卦O計地面物體的幾何形狀，而真正的三維自動(dòng)建模，圖像特征越完整，三維模型的幾何特征就越完整。相反，圖像重疊是不夠的，并且可能存在諸如破面，缺面，漏縫，懸浮空間，地板和基臺等情況，這些情況影響對象的幾何信息的完整表達。這是*個(gè)主要問(wèn)題，無(wú)法*避免。它可以評估如下。在3D模型瀏覽軟件中，視角是根據天線(xiàn)角度固定的，模型拉伸到與實(shí)際分辨率相對應的*度，看模型，明顯的變形和拉花可以判斷為合格，反之亦然。

5.3 紋理精度

真正的三維建模*依靠計算機自動(dòng)匹配物體的紋理信息。由于原始圖像的質(zhì)量不同，匹配結果在顏色、亮度和紋理上可能存在不*致。為了提*紋理精度，必須提*匹配的圖像質(zhì)量，消除云量、透鏡反射、地面陰影、大面積相似紋理、異常分辨率變化等問(wèn)題，提*匹配計算的精度。

6結 語(yǔ)

隨著(zhù)我國*技術(shù)和經(jīng)濟的快速發(fā)展，無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應用。探討和制定無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)標準，將*大地促進(jìn)該技術(shù)的規范應用，更好地為*建設服務(wù)。目前，本文只提出了*些設想，還需要在今后的工作中繼續研究、實(shí)踐和完善。