探究无人机倾斜摄影测量技术标准

张 建

（广州欧科信息技术股份有限公司，广东 广州 510700）

进入二十一世纪，计算机、通信、自动化等领域的大量技术都在飞速发展，深刻地改变了我们的生活，也为工业生产、测量提供了新思路，让以前棘手的问题的解决成为可能。而其中，无人机倾斜摄影测量技术就在测量领域占据越来越重大的地位。在无人机上配备了多个传感器，可以在同一个飞行平台上同时捕捉图像。于是可以真实地获取地图信息，并广泛用于多个环境下的设施建设、勘察，在各个领域充分发挥其优势。这项技术正在被愈来愈多的行业专家认可，但是想要更进一步地发展，就必须要补足现今国家对于无人机倾斜摄影测量技术标准的空缺，本文会对建立这一标准给出思路，为广大从业人员提供参考。

1 无人机倾斜摄影测量原理

无人机摄影技术的由于之处在于通过在同一平台上搭载多个影像采集传感器，并同时从不同角度（如侧视图和俯视图）来捕获图像，也更加直观好理解，突破了传统航空摄影的角度信息限制。无人机倾斜摄影测量技术由倾斜的四个方向加上竖直方向的观测来提供真实的世界图像，相比之下传统的航空摄影只能从高空中以垂直的角度捕捉地面物体。于是，我们能够知道无人机倾斜技术可以从多个角度获取高解析度图像信息，并可自动生成三维数字模型，广泛应用于城市管理，数字城市建设同时方便在紧急事故发生时展开救援。利用了微型无人机可以灵活飞行，快速飞行的特点，实现低成本、高效率获取地面更准确更完整信息。与传统的垂直航空图像相比，观测者执行绘图任务时不再需要佩戴立体眼镜。

1.1 倾斜摄像机性能标准

按照已有的相关规范，传统的垂直航空摄影要求倾斜角度不大于五度，最大不超过十二度。按照这样的标准，结合航空信息处理软件的进步，我们可以认为15度以上的倾斜角度都属于倾斜摄影。与此同时，倾斜相机的数量也因为需求不同而不同，5个镜头、3个镜头、双镜头和单镜头的摄影系统都有，根据不同的环境和需求可以自行选择。而摄像机的性能直接决定了无人机倾斜摄影测量结果图像的精确、清晰程度，因此对于其像素要有要求，本文的建议是不低于3500万像素，一次曝光应该要超过一亿像素。同时，相机续航能力应该要达到九十分钟，提高稳定性，要保证图像的重叠度，为适应多种环境，提高效率，也要求倾斜相机具备全天候作业能力。

1.2 倾斜摄影测量技术分析

无人机倾斜摄影测量通过专业的算法将传感器获取的图像数据经过几何校正、平差、多视影像匹配等一系列手段进行处理，就能从多个方向对建筑的长宽高三维尺寸进行了解和展示，不但能够识别物体所处位置和几何形状甚至还能获取物体的纹理细节。可以将分析阶段分为三个过程，分别是数据采集、数据处理以及数据应用[1-3]。

小型无人机飞行平台会装备数台传感器，从而以多个角度对地面物体进行拍摄，根据地形图摄影规范设计规划航线时飞行线路通常要平行在旁向边界外和航线边界外，为了确保目标区域被完整的测量要求飞行方向和旁向的重合度大于百分之七十五。同时，在无人机飞行作业时要同步查看图像，在删除不适合的图片的同时，要针对原本计划中没有测量拍摄的地区进补飞。处理影像一般使用Smart3DCapture、Pixel Factory等软件将采集的数据进行3D建模，拥有高效率和高精度的优点。在该程序上加载图像，提供一定数量的控制点，程序使用区域网络整体调整“同点匹配”，将所有点添加到控制点坐标获加密特征点，云数据构成不规则三角网TIN，然后将TIN构成白色模型，软件根据影像计算相应的纹理信息并将纹理映射形成一个三维模型。

1.3 无人机性能标准

先从无人机的性能来考虑，目前市场上的无人机种类很多、质量参差不齐。需要考虑其动力系统、飞行方式等，动力系统有电池和内燃机两种，飞行的实现方法可以分为旋翼和固定翼两种，其中旋翼可以分成单旋翼、多旋翼。当使用内燃机来为飞行器提供动力时，难免会产生飞行平台的震动，对于成像质量产生影响，所以电池动力系统的无人机更好，但要综合考虑续航、测量工作效率等方面，内燃机也有其他优点。同样的旋翼和固定翼，飞行速度、续航时间、稳定性等方面都有各自优点不一而足，所以要设计适合其应用场景的性能优化方案，因此依照的标准不可能完全统一。但是对于执行无人机倾斜摄影测量的无人机标准仍然要做出一定的限制，本文给出一定的参考意见如下。

表1 无人机性能标准一览表

2 无人机倾斜摄影测量技术应用

为智能城市的建设提供更快的速度，科学而实际数据，因此倾斜摄影在建造行业规划和设计中的应用主要用于规划审批以及空间分析。城市需要自己的特色，市政部门进行城市规划有多种设计，而设计方案可以被无人机倾斜摄影技术表现到3D模型中，直观地展现在决策者面前，进而比对各种设计方案的特色和优缺点，协助不同设计方案和当前城市规划配合程度的决策，来选取最优的国画方案，并根据整体城市规划方案进行调整建筑群指标。

无人倾斜摄影的另一项应用是可以通过检测建筑物施工现场的现场指示，应用于环境监测，以减少施工现场的灰尘，而无人机实际上是在靠近地面的空中拍摄实时图像。通过挖掘3D数据模型，探测深层渗透结构，查看地下管道等设施的状态，可以实现地上和地下一体化检测。3D模型可以在视觉上观察室外沟渠附近的地形和地貌，同时计算底部和地面高程之间的差异。对于技术人员来说，直观地了解整体环境的布局是有益的。这是为了方便施工管理和人员调配。以及方便观察物料堆放位置，防止载物平台负荷超重，监测避免现场工作人员低效率施工，为员工创造健康安全的绿化施工区域。

建筑物密集的区域进行无人机倾斜摄影测量是极为困难的，建筑物的遮挡问题是一直以来的难点。所以设计航路时必须要求设计者考虑建筑物的几何结构，不然会使得图像的重叠程度不足，甚至建筑物交错会时三维建模后的建筑物结构连接到一起，同时遮挡关键的目标建筑。所以要提高密集建筑物地区的飞行测量密度，最好要在百分之九十以上，建筑物高度过高时（比如达到飞行高度的四分之一），可以采用交叉飞行的方式，虽然降低效率，产生冗余的观察，但是可以确保精确度，一般来说百分之九十的重叠率可以完全消除建筑物彼此遮挡问题。

同样，提高重叠度的手段可以应用到许多数据采集困难的地形，但是会增加航程降低效率，所以航路设计时要权衡数据质量和测量作业效率。

3 结语

无人机倾斜摄影测量技术为建筑工程规划，大比例尺地图的测绘以及越来越多的领域提供地形勘察的有效处理手段，能够为施工、设计、决策工作提供最宏观，真实有效的科学数据，无论是准确度还是效率成本都相对于传统航空垂直摄影有了长足进步，将原先的平面照片，变为三维模型，更加直观详细，为工程带来便利。同时由于其时效性强也能够用于实时监控的使用环境，比航空摄影更灵活，应用广泛，前景广大。本文所讨论的几项参考标准还需要在具体的生产实践中打磨，以填补我国相关标准规定的空缺，使我国的无人机倾斜摄影测量技术进一步发展，促进国家建设。