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)，勞動強度大，工序繁多、耗時耗力，近年來興起的無人機傾斜攝影技術(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，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)精準等特點，已在國土監(jiān)察、城市執(zhí)法、應急救災、城市測繪等領域獲得了廣泛應用。

2 無人機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，傾斜相機通常采用五個方位進行數(shù)據(jù)采集，分為正攝、前視、后視、左視、右視，配合慣導系統(tǒng)獲取高精度的位置和姿態(tài)信息，通過特定的數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，將所有影像納入到統(tǒng)一的坐標系統(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) 真實性

傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察，更加真實再現(xiàn)地物的實際情況，無限逼近真實世界，彌補了傳統(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用，可以直接基于成果影像進行高度、長度、面積、角度的量測，實時獲取數(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的影響。

3 應用案例

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和五鏡頭傾斜相機實施航攝，武漢天際航有限公司的DP-Smart 軟件進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 航線布設及數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)實施竣工測量的區(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，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。航線設計圖如圖2 所示。

圖2 航線設計圖

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2320 張照片以及每張照片對應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)以及對應的POS 數(shù)據(jù)，經(jīng)過提取特征點、相對定向、匹配連接點、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，生成密集點云數(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、點狀地物進行測量。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相對于臨近圖根點的點位中誤差不大于50 mm，次要地物點相對于臨近圖根點的點位中誤差不大于70 mm，地物點間距中誤差不大于50 mm。高程點相對于臨近圖根點的高程中誤差不大于40 mm。

( 1) 實測小區(qū)內(nèi)分布均勻的建筑物拐角坐標點6點，統(tǒng)計點位中誤差如表1 所示。

點位中誤差統(tǒng)計表

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

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

通過上表分析，點位中誤差、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，可應用于竣工測量。

4 結(jié)語

無人機傾斜攝影測量應用于竣工測繪產(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，通過實景真三維模型標識移交城市管理執(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用，比如結(jié)合規(guī)劃成果，可以對城市規(guī)劃進行輔助決策，結(jié)合管線探測成果，實現(xiàn)地下管線管理等很多方面。

通過實際應用，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，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，矢量采集的準確性難以保證。

可以預見，隨著傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，軟件的進步，成本和維修費用降低，傾斜攝影測量技術(shù)在測繪地理信息領域應用必將更加深入廣泛。