無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用過程中，存在模型分辨率不*致，精度不可靠，格式不匹配的問題。然而，目前沒有評估任務(wù)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，這在*定程度上限制了無人機(jī)的傾斜。攝影測量技術(shù)得到了進(jìn)*步發(fā)展。本文針對無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的現(xiàn)狀，討論了從航空攝影準(zhǔn)備（硬件）到數(shù)據(jù)處理應(yīng)用（軟件）的整個過程流程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并提供了*些無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的實踐者。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；傾斜攝影；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的*項新技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)的三維數(shù)據(jù)能夠真實地反映地物的外觀、位置、*度等屬性。利用無人機(jī)可以快速采集圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維造型的自動化。傾斜攝影數(shù)據(jù)是具有空間位置信息的可測量圖像數(shù)據(jù)，可以同時輸出DSM、DOM、TDOM、DLG等多種結(jié)果。目前，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)已被越來越多的行業(yè)所認(rèn)可和應(yīng)用，但*無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不明確，這給無人機(jī)傾斜攝影帶來了*些問題。本文結(jié)合實際工作和研究經(jīng)驗，探討了無人機(jī)傾斜攝影測量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)簡介

傳統(tǒng)的航空攝影只能從垂直角度捕捉地面物體。傾斜攝影通過在同*平臺上攜帶多個傳感器并同時從不同角度（如垂直和側(cè)視圖）捕獲圖像，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航空攝影的局限性。然后，UAV傾斜攝影系統(tǒng)可以定義為：使用無人機(jī)攝像機(jī)作為飛行平臺和傾斜攝像機(jī)作為任務(wù)設(shè)備的航拍圖像采集系統(tǒng)。

1.1飛行平臺性能要求

目前市場上有多種無人機(jī)，根據(jù)動力系統(tǒng)可分為內(nèi)燃機(jī)動力和電池動力；從飛行實現(xiàn)可以分為固定翼和轉(zhuǎn)子(單轉(zhuǎn)子、多轉(zhuǎn)子)。由于飛行平臺的振動問題，電池功率在成像質(zhì)量上優(yōu)于發(fā)動機(jī)功率；固定翼在運(yùn)行和壽命方面優(yōu)于轉(zhuǎn)子；在飛行穩(wěn)定性方面，轉(zhuǎn)子優(yōu)于固定翼。由于無人機(jī)的用途不同，其性能標(biāo)準(zhǔn)也不同。測繪無人機(jī)對飛行標(biāo)準(zhǔn)提出了更*的要求，在載荷、巡航速度、實際海拔、壽命、安全性和抗風(fēng)能力等方面都受到限制。

例如:

無人機(jī)小負(fù)荷2kg；

2多旋翼巡航速度大于6米/秒，固定翼無人機(jī)巡航速度大于10米/秒;

（3）電池續(xù)航時間大于25分鐘，內(nèi)燃機(jī)續(xù)航時間大于1小時。

(4)風(fēng)阻要求不低于4級風(fēng)速；

無人機(jī)實際*度限制在1000 m以上，*度不低于3000 m。

1.2傾斜攝像機(jī)的性能要求

《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z 3005-2010）中，測繪航空攝影的傾角規(guī)定為垂直攝影：傾角不大于5度，大不大于12度?，F(xiàn)有航測軟件的處理能力大大提*。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)，15度以上的傾斜角度可分為傾斜攝影。隨著傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展，傾斜相機(jī)不再限制鏡頭的數(shù)量。傾斜相機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)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(jī)和單鏡頭系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)相機(jī)的拍攝角度。在無人機(jī)航測標(biāo)準(zhǔn)中，航拍像素不低于3500萬。在傾斜攝影中，單個相機(jī)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(jī)的性能要求可以從圖像采集能力、工作時間、曝光功能、持續(xù)時間、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(jù)設(shè)備成本，單鏡頭不少于2000萬像素，*次曝光不少于1億像素；

（2）工作時間至少可達(dá)到90min。hao有能力圍繞時鐘工作；

3有*個定點(diǎn)曝光功能，以確保圖像重疊符合要求。

2 飛行航線的設(shè)計

2.1 航攝*度的確定

無人機(jī)傾斜攝影飛行*度是航線設(shè)計的基礎(chǔ)。航空攝影*度需要根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的地面分辨率，然后結(jié)合傾斜相機(jī)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(shè)置

低空數(shù)字航空攝影規(guī)范規(guī)定“航向重疊*般應(yīng)為60％至80％，小值應(yīng)不低于53％;側(cè)面重疊*般應(yīng)為15％至60％，小值應(yīng)不小于8％“。當(dāng)無人機(jī)傾斜相機(jī)時，側(cè)面重疊顯然不足。無論航向重疊還是側(cè)重疊，根據(jù)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(qū)

考慮到俯仰和側(cè)傾對飛行器傾斜的影響，在沒有*層建筑、地形與物體*度相差較小的區(qū)域，傾斜攝影測量不少于70%。要獲得*個區(qū)域的完整圖像，無人機(jī)必須飛越該區(qū)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(jī)又不飛越該地區(qū)，無論加多少攝影機(jī)，都是不可能捕捉到覆蓋范圍的。從而導(dǎo)致了建筑模型幾何結(jié)構(gòu)的粘合。

2.2.2建筑密集地區(qū)

在人口稠密地區(qū)建立遮擋問題非常嚴(yán)重。在航空攝影期間路線重疊的設(shè)計不充分且在相關(guān)建筑物上沒有飛行將導(dǎo)致建筑模型的幾何結(jié)構(gòu)的附著。為了提*人口密集區(qū)域的圖像采集質(zhì)量，圖像重疊可以設(shè)計*達(dá)80％至90％。當(dāng)*層建筑的*度大于天線*度的1/4時，可以通過增加圖像重疊和交叉飛行來解決，以增加冗余觀察。例如，著名的上海陸家嘴地區(qū)傾斜攝影使用超過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(shù)據(jù)量密切相關(guān)。圖像重疊越*，同*區(qū)域中的數(shù)據(jù)量越大，數(shù)據(jù)處理的越低。因此，在設(shè)計路線時，我們必須平衡兩者之間的平衡。

2.3 區(qū)域覆蓋設(shè)計

“覆蓋范圍應(yīng)超過攝影區(qū)域的邊界線不少于兩條基線。側(cè)面覆蓋率*般不低于圖像區(qū)域邊界線以外的50%。這是對航空攝影區(qū)邊界覆蓋原始規(guī)范的保證，但在無人機(jī)傾斜攝影中明顯不足。理論上，像觀察測量區(qū)域中心區(qū)域的特征點(diǎn)*樣，目標(biāo)區(qū)域邊緣上的物體可以出現(xiàn)在圖像的任何位置?？紤]到測區(qū)的*度差，可以用式（2）L=h1*tantheta+h2-h3（）+l1（2）計算出路線向外擴(kuò)展的寬度，式中L為向外擴(kuò)展的距離，h1為相對*度，theta為相機(jī)傾斜角，h2為攝影基準(zhǔn)面*度，h3為低點(diǎn)P。測區(qū)邊緣點(diǎn)*，l1為圖像振幅的*半對應(yīng)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(guī)低空數(shù)字航空攝影測量野外編碼中，詳細(xì)介紹了控制點(diǎn)布設(shè)方法，這是保證大比例尺測圖精度的基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)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(guī)范不適用于*分辨率無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)。無人機(jī)通常采用GPS定位方式，利用自己的POS數(shù)據(jù)，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(guī)三維建模

在Smart3D算法的基礎(chǔ)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(shè)置*個控制點(diǎn)。其中，差分POS數(shù)據(jù)(相對準(zhǔn)確的初始值)可以放寬到40000像素，并且至少20，000個沒有差分POS數(shù)據(jù)的像素可以設(shè)置控制點(diǎn)。同時，應(yīng)根據(jù)各任務(wù)的實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(dāng)增加控制點(diǎn)等?？刂泣c(diǎn)測量采用附加導(dǎo)線測量方法，獲得*精度的位置信息。

3.2 應(yīng)急測繪保障

在地震，山體滑坡，泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生后，為了及時測量災(zāi)區(qū)的三維數(shù)據(jù)，不能按照傳統(tǒng)的操作方法進(jìn)行控制測量，可以通過讀取坐標(biāo)，手持GPS快速進(jìn)行Google地圖中的測量，RTK測量等。在災(zāi)區(qū)獲取少量控制點(diǎn)，生成真實的災(zāi)區(qū)三維模型，為救災(zāi)提供幫助。

3.3 點(diǎn)位選擇要求

圖像控制點(diǎn)的目標(biāo)圖像應(yīng)清晰，當(dāng)前對象的小交點(diǎn)和對象的明顯角點(diǎn)的位置應(yīng)固定且易于測量。當(dāng)條件具備時，可先制作現(xiàn)場控制點(diǎn)標(biāo)志，*般選用白色（或紅色）油漆畫十字形標(biāo)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(biāo)志?？刂泣c(diǎn)測量完成后，應(yīng)及時繪制控制點(diǎn)分布示意圖和控制點(diǎn)信息表，準(zhǔn)確描述各控制點(diǎn)的方位和位置信息，便于內(nèi)部點(diǎn)的使用。

4 空中三角測量

以Smart3D捕獲自動建模系統(tǒng)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(jù)實際位置，將現(xiàn)場測量到的控制點(diǎn)信息插入到自動建模系統(tǒng)中。這項工作被稱為圖像刺點(diǎn)。刺的位置*般是十字的中心、直線的右、左角或直角的內(nèi)角，如斑馬線的左右角，由圖像分辨率和斑馬線的寬度來估計?？s放圖像到正確的大小，以完成刺點(diǎn)。

4.2 空三計算

系統(tǒng)的空心三計算自動完成，并采用波束法區(qū)域網(wǎng)絡(luò)整體調(diào)整方法進(jìn)行。也就是說，使用由圖片組成的光束作為調(diào)整單位，并且使用中心投影的共線方程作為調(diào)整單元的基本方程，并且通過旋轉(zhuǎn)來建立模型之間的共同光。和每個射線束在空間中的平移。實現(xiàn)+交叉，并將整個區(qū)域+地嵌入控制點(diǎn)坐標(biāo)系中，從而恢復(fù)對象之間的空間位置關(guān)系。

4.3 空三精度

在《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》中，對圖像連接點(diǎn)相對方位的個數(shù)和誤差進(jìn)行了明確的定義，但無人機(jī)三號傾斜攝影中沒有相對方位信息，沒有反映出單點(diǎn)連接的精度指標(biāo)。它不能像傳統(tǒng)的航空三號天線那樣地選擇*誤差，因此可以從像方和物方兩個方面進(jìn)行綜合評價。準(zhǔn)確度為3。目標(biāo)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(biāo)差（冗余的照片控制點(diǎn)，不參與調(diào)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(tǒng)的三種精密度指標(biāo)只能代表整體的精度范圍，卻看不到局部的精度問題，通過外部元素的標(biāo)準(zhǔn)差可以得到更全面的性能。*般來說，空三個操作的質(zhì)量指標(biāo)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(nèi)。

5三維模型質(zhì)量

無人機(jī)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(shù)字表面模式(DSM)等多種技術(shù)成果。其中，三維模型具有真實、詳細(xì)、具體的特點(diǎn)，通常稱為真實三維模型。三維模型可以作為*種新的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評價，包括位置精度、幾何精度和紋理精度三個部分。

方面。

5.1 位置精度

通過比較加密點(diǎn)和校驗點(diǎn)的精度，三維模型的位置精度評價與空間3相似。在控制點(diǎn)附近的平坦區(qū)域，精度比較容易，當(dāng)幾何特征如角、壁線、陡脊發(fā)生較大變化時，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(jié)果向量或模型數(shù)據(jù)，并相互比較。

5.2 幾何精度

傳統(tǒng)的手工建模可以自由地設(shè)計地面物體的幾何形狀，而真正的三維自動建模，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(dá)。這是*個主要問題，無法*避免。它可以評估如下。在3D模型瀏覽軟件中，視角是根據(jù)天線角度固定的，模型拉伸到與實際分辨率相對應(yīng)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(jī)自動匹配物體的紋理信息。由于原始圖像的質(zhì)量不同，匹配結(jié)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題，提*匹配計算的精度。

6結(jié) 語

隨著我國*技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。探討和制定無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將*大地促進(jìn)該技術(shù)的規(guī)范應(yīng)用，更好地為*建設(shè)服務(wù)。目前，本文只提出了*些設(shè)想，還需要在今后的工作中繼續(xù)研究、實踐和完善。