無人機傾斜攝影技術的原理及優(yōu)勢

　　前言

　　1856年著名法國攝影師納達爾出于好奇的緣故，拍攝了第一張航空影像，拉開了人類對地觀測與遙感的序幕，同時也拉開了傾斜攝影的序幕。

　　無人機傾斜攝影測量技術以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復雜場景，通過高效的數據采集設備及專業(yè)的數據處理流程生成的數據成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實效果和測繪級精度提供保證。同時有效提升模型的生產效率，采用人工建模方式一兩年才能完成的一個中小城市建模工作，通過傾斜攝影建模方式只需要三至五個月時間即可完成，大大降低了三維模型數據采集的經濟代價和時間代價。

　　一、無人機傾斜攝影（三維建模）技術的原理

　　通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（如圖所示，目前常用的是五鏡頭相機），同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片（一組影像），鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片（四組影像）。并多角度采集信息，配合控制點或影像POS信息，影像上每個點都會有三維坐標，基于影像數據可對任意點線面進行量測，獲取厘米級的測量精度并自動生成三維地理信息模型，快速獲取地理信息，對建筑物等地物高度直接量算;

　　影像中包含豐富的真實環(huán)境信息，可對影像信息的數據深度挖掘，具有高效率、低成本、數據精確、操作靈活、側面信息可用等優(yōu)點，極大調節(jié)測繪內、外業(yè)的協(xié)同工作，解決了天氣等外因造成的傳統(tǒng)人工作業(yè)延誤。傳統(tǒng)二維數據已不能滿足城市行業(yè)的日常工作需要了，三維數據可視化已經開始慢慢代替二維，成為現(xiàn)今城市基礎建設、規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，是數字城市的重要表現(xiàn)手段。

　　二、無人機傾斜攝影技術的行業(yè)優(yōu)勢

　　無人機技術

　　無人機是利用無線電遙控和自動程序控制的無人機或飛行器，包括固定翼、多旋翼、飛艇、直升機、等多種機種。

　　無人機具有機動、快速、經濟的優(yōu)勢，其結構簡單、機體重量輕、使用成本低、數字化和智能化高。應用范圍和領域更為廣闊，在快速獲取國土資源、自然環(huán)境、應急救災現(xiàn)實數據及測繪領域有著突出的效率和優(yōu)勢。

　　傾斜攝影技術

　　隨著航空攝影技術的創(chuàng)新和發(fā)展，傾斜攝影測量技術擴大了遙感影像的應用范圍，顛覆了傳統(tǒng)航空攝影只從正攝角度采集影像的方式，其運用多角度相機同步獲取地面物體各個角度高分辨率的航攝影像。運用傾斜攝影測量技術生產的三維建模真實地反映了符合人眼視覺的城市場景，它結合GNSS技術，建三維城市納入城市地理信息框架，展現(xiàn)出全面豐富的地理信息，在提升用戶體驗度的同時大大降低了三維城市建模的成本。

　　三、無人機傾斜攝影在城市規(guī)劃中的應用

　　數字城市是城市地理信息和其他城市信息相結合、并存儲在計算機網絡上，供用戶訪問的一個將各個城市和城市外空間連在一起的虛擬空間，是數字地球的重要組成部分。

　　無人機傾斜攝影系統(tǒng)將拍攝采集到的圖片利用軟件生成點云去建造模型，與以往的傳統(tǒng)移動測量方式相比，無人機搭載的傾斜攝影測量系統(tǒng)的效率更高，結果更精準，該傾斜攝影系統(tǒng)以無人機為載體，從空間三維數據采集出發(fā)，成為構建城市三維模型較為快捷的方法，便于城市規(guī)劃基礎信息采集如下：

　　1、數字線劃圖

　　數字線劃圖（DLG）是城市基本圖件的最主要形式，是進行規(guī)劃、設計、管理等工作的基礎。城市的DLG包含了城市房屋的外框信息和高程信息，以及屋頂的矢量信息，內業(yè)人員可以通過房屋的外框和屋頂坐標等信息，快速生成白模。

　　2、城市測區(qū)劃分

　　將相似的或相同區(qū)域的模型劃分為一個測區(qū)，統(tǒng)一進行模型命名和紋理編號，便于項目管理和相似紋理共享。

　　3、地物傾斜影像

　　地物傾斜影像是由傾斜攝影得到的地物影像，包含地物的屬性信息，可將同一地物的影像保存在同一個文件夾內。

　　4、地物屬性表

　　地物屬性表記錄地物的實際名稱，對應的模型名稱、紋理編號，以及航高、航速、航向重疊、旁向重疊、坐標等信息。

　　5、結合表

　　3.5.1結合表是模型的分圖依據，記錄了某個模型具體由哪個作業(yè)員制作，哪個檢查員檢查，以及模型名稱、紋理編號、坐標等信息。

　　5.1建筑模型細部分析

　　通過傾斜影像和DLG，對地面建筑進行自動提取，快速建立白模，此時的白模已經初步具備建筑的外框、高程等信息，再經過內業(yè)人員對傾斜影像的具體細部分析，構建出建筑的屋頂、陽臺、觀景臺、飄窗、女兒墻、老虎窗、門斗等細部信息，合成精細白模，經過建筑細部分析后合成的精細白模。

　　5.2模型紋理制作

　　利用圖像處理軟件，結合傾斜影像，對地面建筑細部進行紋理劃分，由于紋理可以重復變換，因此只制作具有代表性的建筑物紋理即可。內業(yè)人員能夠在最多8張傾斜影像上找到建筑物的某個細節(jié)紋理，通過變換、消失點等方式精確制作建筑物的紋理，完成模型紋理制作工序。

　　5.3模型貼圖

　　利用3維處理軟件的UVW貼圖功能，結合相關的腳本語言，將紋理根據編號快速貼到建筑物上。

　　無人機傾斜攝影生產原理圖

　　四、3D地形及圖紙生成

　　無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)將拍攝采集到的地形地貌圖片和地理信息直接導入專業(yè)的處理軟件，即可通過軟件精密的算法一鍵快速生成3D模型，再將3D模型以任何格式直接導出，放入圖紙軟件即可形成圖紙。

　　結束語

　　目前，無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)已在城市規(guī)劃、公安、應急、測繪、旅游、環(huán)保、農業(yè)、林業(yè)、水利、電力巡檢等行業(yè)得以驗證和廣泛應用，改變了傳統(tǒng)的測繪作業(yè)方式，大幅度提升測繪行業(yè)的作業(yè)效率，獲得行業(yè)用戶的好評，且經濟效益顯著，具有重要的示范作用和推廣價值。大量更多、更好、更豐富、更精確的城市三維模型產品和服務的不斷涌現(xiàn)，必將為我國更有效率的應用土地資源、優(yōu)化國土空間、建設美麗中國而增磚添瓦。