1 引言

一直以來，地理信息數(shù)據(jù)的獲集多采用人工作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，工序繁多、耗時耗力，近年來興起的無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)徹底顛覆了傳統(tǒng)作業(yè)模式，該技術(shù)通過無人機(jī)低空多鏡頭攝影獲取豐富的立體影像數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)，自動生成三維地理信息模型，具有效率高、成本低、一次飛行信息豐富、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)等特點(diǎn)，已在國土監(jiān)察、城市執(zhí)法、應(yīng)急救災(zāi)、城市測繪等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量的基本原理及優(yōu)勢分析

2. 1 基本原理

傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機(jī)獲取地物信息的一種新型航空攝影方式。傾斜航空攝影區(qū)別于傳統(tǒng)的豎直航空攝影方式，傾斜相機(jī)通常采用五個方位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分為正攝、前視、后視、左視、右視，配合慣導(dǎo)系統(tǒng)獲取高精度的位置和姿態(tài)信息，通過特定的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將所有影像納入到統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中，傾斜航空攝影如圖1 所示。

圖1 傾斜航攝示意圖

2. 2 技術(shù)優(yōu)勢

( 1) 真實(shí)性

傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察，更加真實(shí)再現(xiàn)地物的實(shí)際情況，無限逼近真實(shí)世界，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)正射影像的不足。

( 2) 可量測性

傾斜影像通過配套軟件的應(yīng)用，可以直接基于成果影像進(jìn)行高度、長度、面積、角度的量測，實(shí)時獲取數(shù)據(jù)。

( 3) 豐富紋理

與傳統(tǒng)垂直影像相比，傾斜影像有它自己獨(dú)特的優(yōu)勢: 它能提供豐富的建筑物立面信息。有了建筑物的立面信息，即獲取了建筑物表面紋理，對于三維建模等方面有著深遠(yuǎn)的影響。

3 應(yīng)用案例

3. 1 工程概況

某測區(qū)位于蚌埠市西片區(qū)，測區(qū)由15 棟高層商品房及配套商業(yè)構(gòu)成，三面臨城市道路，一面臨小區(qū)二期商業(yè)內(nèi)街，需要測繪的竣工面積約16 萬m2 。采用北方天途電動八旋翼無人機(jī)和五鏡頭傾斜相機(jī)實(shí)施航攝，武漢天際航有限公司的DP-Smart 軟件進(jìn)行空中三角測量及全自動三維建模，竣工地形圖采集采用DP-Modeler 軟件。

3. 2 航線布設(shè)及數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)實(shí)施竣工測量的區(qū)域確定飛行范圍，合理規(guī)劃飛行航線，確保航向重疊度保持在80%以上，旁向重疊度在60%以上。航線按照測區(qū)走向直線方法布設(shè)，平行于測區(qū)邊界線的首末航線的側(cè)視鏡頭能夠獲得測區(qū)的有效影像?？紤]到傾斜攝影相機(jī)拍攝角度，為保證邊緣物體立體成像，航線覆蓋超出測區(qū)邊界線至少200 m。最終布設(shè)航線14 條，航向重疊度、旁向重疊度均為80%，飛行高度150 m，航向間距25 m，旁向間距38 m。航線設(shè)計(jì)圖如圖2 所示。

圖2 航線設(shè)計(jì)圖

本次航攝共獲取五鏡頭傾斜影像數(shù)據(jù)5 組，每組464 張照片，共計(jì)2320 張照片以及每張照片對應(yīng)POS數(shù)據(jù)。

3. 3 空三加密自動建模

在DP-Smart 中新建工程，添加5 個鏡頭的影像數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的POS 數(shù)據(jù)，經(jīng)過提取特征點(diǎn)、相對定向、匹配連接點(diǎn)、區(qū)域網(wǎng)平差，生成攝區(qū)的空中三角測量成果。根據(jù)空三成果，提取特征點(diǎn)，生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及三角網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射等，最終得到三維傾斜模型，如圖3 所示。

圖3 實(shí)景真三維模型

3. 4 矢量測圖

采用DP Modeler 新建解決方案，它可以基于傾斜數(shù)據(jù)直接對建筑物矢量、點(diǎn)狀地物進(jìn)行測量。采集過程中對于不同的地物給予不同的編碼，成果可以直接導(dǎo)出CASS 成圖，流程如圖4 所示。

圖4 流程圖

圖5 DP Modeler 竣工圖采集

3. 5 成果精度分析

依據(jù)《城市測量規(guī)范》建筑竣工測量地形圖的測量精度要求: 竣工測量的主要地物點(diǎn)相對于臨近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不大于50 mm，次要地物點(diǎn)相對于臨近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不大于70 mm，地物點(diǎn)間距中誤差不大于50 mm。高程點(diǎn)相對于臨近圖根點(diǎn)的高程中誤差不大于40 mm。

( 1) 實(shí)測小區(qū)內(nèi)分布均勻的建筑物拐角坐標(biāo)點(diǎn)6點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位中誤差如表1 所示。

點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表

( 2) 選取小區(qū)內(nèi)建筑物邊長5 條，統(tǒng)計(jì)中誤差如表2 所示。

( 3) 選取小區(qū)內(nèi)高程點(diǎn)5 點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)高程中誤差如表3 所示。

通過上表分析，點(diǎn)位中誤差、間距中誤差、高程中誤差均在誤差允許范圍內(nèi)，可以得出DP Modeler 矢量采集的地形圖以及建筑物高度完全滿足城市測量規(guī)范要求，可應(yīng)用于竣工測量。

4 結(jié)語

無人機(jī)傾斜攝影測量應(yīng)用于竣工測繪產(chǎn)生了很好的效益，在蚌埠市得到了積極推廣。目前，規(guī)劃部門已經(jīng)確定實(shí)景真三維模型作為竣工測量必須提交資料，對于竣工測繪中發(fā)現(xiàn)的違章建筑，通過實(shí)景真三維模型標(biāo)識移交城市管理執(zhí)法部門，可以更方便快捷執(zhí)法。另外，傾斜攝影測量成果集合三維平臺可以得到更多的應(yīng)用，比如結(jié)合規(guī)劃成果，可以對城市規(guī)劃進(jìn)行輔助決策，結(jié)合管線探測成果，實(shí)現(xiàn)地下管線管理等很多方面。

通過實(shí)際應(yīng)用，我們也發(fā)現(xiàn)目前存在的一些問題:

( 1) 天氣因數(shù)制約的問題:由于攝影測量對于光線要求以及考慮到無人機(jī)飛行穩(wěn)定性及安全性，適合飛行時間很受限制。

( 2) 影像遮擋問題:對于城市新建的高層建筑以及高密度綠化小區(qū)，影像時有遮擋，雖然采取的是五鏡頭多視角觀測和大重疊飛行觀測方式，可解決一些地物被遮擋的問題，但是很多重要地物點(diǎn)無法采集，必須結(jié)合全站儀數(shù)據(jù)，共同編輯成圖。

( 3) 對作業(yè)員要求較高: 對于內(nèi)業(yè)作業(yè)人員，需要有一定的經(jīng)驗(yàn)，如不同熟練程度的作業(yè)人員對于同一地物繪制可能有1 個～2 個像素的誤差，矢量采集的準(zhǔn)確性難以保證。

可以預(yù)見，隨著傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，軟件的進(jìn)步，成本和維修費(fèi)用降低，傾斜攝影測量技術(shù)在測繪地理信息領(lǐng)域應(yīng)用必將更加深入廣泛。