无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用夏小波

(整期优先)网络出版时间:2019-11-06
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无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用夏小波

夏小波

重庆市万州区规划设计研究院

摘要:21世纪的现代社会,无论人们的日常生活,还是各行各业的发展,都受到了科技发展的深刻影响,产生了重大而深远的变化,其中,倾斜摄影测量就是随着科技发展而产生的一项重要科技。它是通过同一飞行平台搭载多台传感器同步采集影像,获取真实的地物信息而被广泛应用在经济建设的多个领域中,充分发挥了它的优势。随着倾斜摄影测量的发展,在航摄效率、清晰度、分辨率等方面有了更高的要求,促进了倾斜摄影测量的革新并向无人机倾斜摄影测量转变。无人机倾斜摄影测量的出现,极大地扩展了摄影测量的应用。

关键词:无人机倾斜摄影技术;测绘工程;应用

一、倾斜摄影原理及特点

1、无人机倾斜摄影工作原理

将多台数码相机安装在无人机飞行平台上,在垂直和倾斜2种不同角度对高分辨率图像进行同时收集,五镜头倾斜摄影系统是最常用的手段,将无人机平台安装的系统所采集到的POS数据和像控点数据两者相结合,对获得数字表面模型、三维模型的摄影测量技术和数字正摄模型利用相关软件进行处理,这就是无人机倾斜摄影技术的工作原理。

2、倾斜摄影测量技术特点

其一就是其拍摄的图像立体效果更加真实,能够对人类的感知能够以更加真实的状态反应出来;其二就是能够为建模提供的纹理信息更加真实而且丰富;其三就是能够充分实现高精度的测量工作。此外,无人机能够充分实现低空遥感操作,而且不仅操作起来比较简单,而且可操行也比较强,图像采集的周期大幅度缩短。由此我们可以看出,通过无人机摄影技术来获得真实的三维模型,同时使用矢量绘图平台来获得地形图所需要的相关元素,能够在很大程度上改变传统测量技术所存在的不足,在很大程度上提高了测量的效率和测量的质量。为工程建设的顺利开展提供了更加有效的数据支持。

3、无人机倾斜摄影的优点

无人机倾斜摄影的优点:对勘测区域周围实际情况进行充分反映,相较于数字正射影像图而言,地面上的物体可以通过无人机倾斜影像从多个角度进行测量,将更加真实的地面情况进行反映,这样可以对无人机正射影像存在的不足从最大程度上进行弥补。单张影像测量可以利用倾斜影像实现是无人机倾斜摄像的另一优点,而且通过利用配套软件可以将收集到的高度、长度、面积以及角度和坡度等数据直接展示在影像上,这样可以扩展倾斜摄影技术在测绘行业中的广泛应用。最后,无人机倾斜摄像技术还可以采集建筑物侧面纹理,运用三维数字,通过无人机倾斜摄影大规模成图、提取大量倾斜摄影数据和贴纹理的方式,有效降低了城市三维建模所需成本。

二、无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用

1、外业倾斜摄影航线设计

外业倾斜摄影航线设计是无人机倾斜摄影技术在测绘领域中应用的基础,在航线设计过程中,将无人机的飞行高度、分辨率要求等详细信息标注在设计图中。本文以某测绘区域为例,旁向重叠度选择70%,航向重叠度选择75%。

2、无人机数据处理软件及优势分析

本文所使用的数据处理软件为SouthUAV空三软件,该软件具有以下几点优势:(1)该技术能够提供在线自检校功能;(2)实现了低空影像自动空中三角控制平差处理等;(3)实现了自动、人工、自动—人工三种建模方式;(4)可获得精度高的点云数据、三维模型图、空三加密成果等;(5)能够高效的生成DEM、DOM等成果;(6)能够融合多种软件进行配套使用,如CASS、JX-4、VirtuoZo等软件,拓宽了影像应用范围;(7)显著的提高了运算速度。此外,该技术可以利用南方影像处理云平台,使用“云”里的信息为客户提供服务,实现对于云计算平台资源的管理、硬件及应用系统的性能和故障监控。云服务提供:面向云服务消费者,提供统一登陆界面和访问;通过虚拟化技术进行整合,形成一个对外提供资源的池化管理(包括内存池、服务池、储存池等),同时通过云平台的管理,对外提供运行环境等基础服务;提供数据挖掘、数据分析和数据展现工具,实现“一键处理”,整合成三维成果,节约人力成本,大大提高作业效率。

3、地面GPS同步观测

(1)地面GPS布设。为保证数字相机系统和机载GPS/IMU系统技术的实施,在测量范围内有利的区域布设GPS接收机,便于同步进行GPS观测并获得相应的观测数据,在完成后对其进行GPS解算,判断其精度是否能够满足基本要求。

(2)GPS接收机与观测。在完成GPS观测站建设的基础上,进行同步数据的观测,需要满足一下几点内容:

①GPS接收机采用双频仪器,且精度越高越好,采集数据间隔为1s;②在观测过程中要配备充足的电源,确保观测过程中供电不间断;③在无人机飞行前,需要进行至少8min的同步初始化测量后才能进行飞行摄影;④无人机返回后,也要进行至少8min的静态测量后才能结束本次测量工作。

4、POS数据处理

(1)文件处理。在无人机航空摄影过程中产生了大量的文件数据,包括了相机的曝光信息、GPS设站点的伪距坐标、飞行时间信息等。因此,在文件数据处理过程中将无用数据剔除掉,即在无人机整个飞行过程中,对所记录的内容进行适当的数据处理,将相机曝光时刻的Mark记录与文件中的曝光记录相对应一致,为后期POS数据的处理奠定基础。

(2)GPS数据处理。GPS数据的处理是实现倾斜摄影数据处理的基础,将原始数据下载后进行预处理工作,把原始数据的DAT文件转换成为具有统一格式的O文件和N文件,将数据中的出发事件TXT文件分离出来,为后期开展GPS精确处理和Mark点内插提供基础。

5、倾斜摄影质量控制

倾斜摄影质量的控制是提高无人机倾斜摄影质量的有效措施,主要包含了数据获取质量控制和POS数据质量控制两方面。

5.1数据获取质量控制

数据获取质量控制包含了摄影时间控制、飞行质量控制、影像质量控制和补摄与重摄等内容。其中,摄影时间控制,即在摄影过程中要选择合适的时间段,精确计算太阳高度角对影像摄影的影像作用,一般选择10时至14时进行相应的工作。飞行质量控制,在不影响正常影像数据处理的前提下,旁向重叠度应大于像片范围的15%,所获得的影像数据才能视为合格;航向重叠区域应至少超过边界一条基线,本文所举实例的垂向重叠度为70%,航向重叠度为75%,满足了基本要求;在无人机飞行过程中,旋偏角应小于15°,在像片重叠区域的旋偏角应小于25°。影像质量控制是影响后期影像数据处理质量的决定因素,因此,在获得影像后要检查影像的反差是否适中,像片颜色的饱和程度,色调是否一致等,检查像片的层次是否分明,分辨率能否达到设计分辨率要求等内容。补摄与重摄,在无人机进行倾斜摄影过程中,难免出现摄影影像不达标,出现漏洞等问题,对于已出现的漏洞或缺陷要及时进行补摄或重摄工作,且必须严格按照航线飞行设计进行,长度要满足区域网加密布点的要求;此外,在补摄与重摄过程中使用同一类型的数字航摄仪,可以消除系统误差。

结束语

总之,与传统的测量技术相比,无人机倾斜摄影测量技术具有非常显著的优势,其不仅影像的清晰度高,而且所出的模型也更精细和真实,因此能够更好的满足工程项目对建筑模型的需要。在三维模型构建完成以后,技术人员还可以将其与地下管线工程进行有效的结合,通过GIS、可视化以及三维仿真技术来对已建设完成的地下空间进行查询和展示,由此来为工程建设提供更加精确的数据资料。

参考文献:

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