【幹貨】傾斜攝影(yǐng)測量高(gāo)中低空解決方案研究

發布日期：2018-03-23 00:00 浏覽量：9890

　　傾斜攝影(yǐng)測量技術是在飛(fēi)行載具上搭載多(duō)角度、多(duō)拼相機，對(duì)地面全要素信息進行數據采集、三維建模及輸出真正射影(yǐng)像、大(dà)比例尺地形圖等産品的(de)綜合技術手段。作爲新型測繪手段，傾斜攝影(yǐng)技術已經在城(chéng)市管理(lǐ)、國土規劃、土地确權、宅基地管理(lǐ)等領域得(de)到廣泛應用(yòng)。随著(zhe)技術不斷進步，飛(fēi)行載具與傾斜航攝儀也(yě)向著(zhe)輕型、微型化(huà)發展，不但使實景三維模型适用(yòng)的(de)領域更爲廣泛，也(yě)更能夠滿足用(yòng)戶對(duì)實景三維模型的(de)高(gāo)分(fēn)辨率、高(gāo)顔色還(hái)原度等要求。本文對(duì)傾斜攝影(yǐng)數據獲取及處理(lǐ)的(de)分(fēn)類方法進行探討(tǎo)，爲各行業應用(yòng)提供技術支持。
　　1　傾斜攝影(yǐng)測量技術構成
　　傾斜攝影(yǐng)技術發展至今，核心三部分(fēn)是：飛(fēi)行載具、傾斜相機、POS 系統。飛(fēi)行載具可(kě)攜帶傾斜航攝儀進行航拍(pāi)作業，沿航線、重疊率設計飛(fēi)行路線;傾斜相機可(kě)分(fēn)爲三拼、五拼、十拼等，采用(yòng)同步曝光(guāng)方式采集地面影(yǐng)像信息;POS 系統在航攝儀内與每組曝光(guāng)影(yǐng)像相對(duì)應，采用(yòng)X、Y、Z、O、P、K等外方位元素信息對(duì)拍(pāi)攝時(shí)的(de)飛(fēi)行姿态進行實時(shí)描述。無論是實景三維建模還(hái)是大(dà)比例尺測圖應用(yòng)，傾斜影(yǐng)像的(de)後期處理(lǐ)質量取決于POS 系統的(de)精度。根據項目的(de)設計需求，對(duì)不同飛(fēi)行載具、傾斜相機以及POS 系統進行搭配，形成有針對(duì)性的(de)數據獲取解決方案很有必要。
　　2　傾斜攝影(yǐng)測量解決方案細分(fēn)
　　随著(zhe)飛(fēi)行儀器與材料行業的(de)技術進步，以運輸機搭載大(dà)型航攝儀爲主的(de)數據獲取方式逐漸被打破。尤其在許多(duō)中小型項目實施中，大(dà)型運輸機的(de)限制太多(duō)，不利于成本控制。空域規定的(de)放寬、中低空輕型飛(fēi)行器價格下(xià)降均爲傾斜攝影(yǐng)提供更多(duō)可(kě)能。引入模糊控制和(hé)大(dà)容量電池技術後，無人(rén)機的(de)飛(fēi)行穩定性更高(gāo)、續航時(shí)間更長(cháng)，成爲超低空精細化(huà)建模的(de)最優選擇。表1 從飛(fēi)行高(gāo)度、建模特點及精度等多(duō)個(gè)方面對(duì)傾斜攝影(yǐng)測量的(de)解決方案進行細分(fēn)。飛(fēi)行載具與傾斜相機如圖1 所示。

典型飛(fēi)行載具與傾斜相機　　

圖1　典型飛(fēi)行載具與傾斜相機

　　2.1　高(gāo)空飛(fēi)行載具與相機
　　運-12 等大(dà)型運輸機适用(yòng)于600 m 以上高(gāo)度層的(de)航空攝影(yǐng)飛(fēi)行任務，可(kě)攜帶60 kg 以上的(de)大(dà)型傾斜航攝儀拍(pāi)攝作業，如徕卡RCD30、TOPDC、SWDC -5 等。運輸機飛(fēi)行姿态穩定，飛(fēi)行時(shí)間長(cháng)(7 h以上)，在100 km2 以上的(de)大(dà)面積航空作業中具有顯著優勢。高(gāo)空數據獲取的(de)優點是：傾斜航攝儀的(de)POS 信息精确，對(duì)控制點需求少，經過空三匹配後能構建滿足測繪級精度的(de)實景三維模型，且單位面積的(de)模型容量小，應用(yòng)方便。高(gāo)空數據獲取的(de)缺點是：對(duì)天氣要求高(gāo)，機場(chǎng)與飛(fēi)行員(yuán)拉升作業成本;由于飛(fēi)行高(gāo)度原因，拍(pāi)攝需穿越霧霾層，導緻影(yǐng)像顔色失真、單位面積的(de)模型分(fēn)辨率低。因此，高(gāo)空飛(fēi)行方案适用(yòng)于數字城(chéng)市、智慧城(chéng)市建設中的(de)市域建成區(qū)三維本底數據獲取。

傾斜攝影(yǐng)測量解決方案細分(fēn)

　　表1　傾斜攝影(yǐng)測量解決方案細分(fēn)

　　2.2 　中空飛(fēi)行載具與相機
　　出于對(duì)模型顔色、分(fēn)辨率和(hé)飛(fēi)行成本的(de)考慮，采用(yòng)輕型飛(fēi)行器的(de)中空飛(fēi)行方案應運而生。飛(fēi)行載具采用(yòng)直升機、動力三角翼等，在300 ～600 m 中空作業。所攜帶傾斜相機由去掉背闆的(de)多(duō)台單反相機組成，設置有固定傾角雲台與同步曝光(guāng)系統，單日作業15 ～30 km2。中空數據獲取優點：場(chǎng)地限制條件少，起降方便，轉場(chǎng)快(kuài)捷，作業高(gāo)度對(duì)軍民空域影(yǐng)響小。所構建模型顔色真實，分(fēn)辨率較高(gāo)。中空數據獲取缺點：動力三角翼飛(fēi)行受氣流影(yǐng)響大(dà)、姿态不穩定，所攜帶的(de)傾斜相機尚無精确的(de)POS 解決方案，無POS 影(yǐng)像處理(lǐ)會降低實景三維模型精度。因此，中空方案适用(yòng)于二、三級城(chéng)市，以及山區(qū)、景區(qū)等低于70km2 的(de)三維本底數據獲取。
　　2.3　低空飛(fēi)行載具與相機
　　爲進一步提高(gāo)分(fēn)辨率、顔色信息及降低飛(fēi)行成本，已研制出無人(rén)機挂載微型傾斜相機的(de)數據獲取方案。由于無人(rén)機滞空時(shí)間短、載重有限，因此傾斜相機多(duō)采用(yòng)鏡頭式相機嵌入钛金雲台制成，在300 m 以下(xià)的(de)低空作業，多(duō)應用(yòng)于5 ～10 km2的(de)廠區(qū)、高(gāo)校、景點、建築群的(de)精細化(huà)建模。低空數據獲取優點：起降方便、人(rén)員(yuán)少、成本低;飛(fēi)行姿态穩定，POS 數據較準确;構建模型顔色逼真，分(fēn)辨率高(gāo)，數據精度較好。低空數據獲取缺點：作業效率低，平均每天0.5 ～1 km2，導緻大(dà)區(qū)域建模時(shí)的(de)顔色連續性差。
　　3　傾斜攝影(yǐng)數據處理(lǐ)方案
　　3.1　攜帶高(gāo)精度POS信息的(de)數據處理(lǐ)
　　在市面較常見的(de)傾斜航攝解決方案中，傾斜航攝儀與無人(rén)機攜帶的(de)微型航攝系統均具有較高(gāo)精度的(de)POS 數據，有利于精确還(hái)原空三網，在無控情況下(xià)亦可(kě)保證較高(gāo)的(de)相對(duì)精度。該數據适合用(yòng)街(jiē)景工廠進行處理(lǐ)，街(jiē)景工廠的(de)處理(lǐ)原則是滿足空三網精度要求後方可(kě)進行建模工作，意味著(zhe)建模前即對(duì)模型精度有很好的(de)控制。而Smart3D 軟件以開源sift 算(suàn)法爲建模核心的(de)全程無幹預處理(lǐ)，在POS 信息薄弱的(de)部分(fēn)，自動以影(yǐng)像拼接爲建模與貼圖方案。雖然會取得(de)較好的(de)視覺效果，但會降低模型精度。因此，在POS 數據較好的(de)情況下(xià)，應以測繪級精度作爲三維數據處理(lǐ)目标。
　　3.2　攜帶弱/無POS 信息的(de)數據處理(lǐ)
　　對(duì)于動力三角翼等受氣流影(yǐng)響較大(dà)的(de)飛(fēi)行載具，所獲取的(de)傾斜影(yǐng)像存在旋偏角大(dà)于6°，無準确POS 數據的(de)情況。街(jiē)景工廠不支持弱/無POS 傾斜數據的(de)直接導入，需要在無人(rén)機模塊(EOless)中粗略恢複初始POS 信息，方可(kě)進行空三匹配與建模，但效果不甚理(lǐ)想，效率也(yě)較低。Smart 3D 軟件可(kě)直接處理(lǐ)無POS 傾斜影(yǐng)像數據，僅需添加若幹控制點進行絕對(duì)定位即可(kě)，雖然無法保障實景三維精度，但可(kě)快(kuài)速建模，爲警務、城(chéng)管等弱精度應用(yòng)提供快(kuài)速解決方案。
　　4　結束語
　　傾斜攝影(yǐng)測量的(de)多(duō)種解決方案各有優缺點，應用(yòng)前要充分(fēn)考慮到項目工期、成本及成果精度優先還(hái)是效果優先等要求，适配最優解決方案。一些應用(yòng)細節要充分(fēn)考慮，例如，相機分(fēn)辨率不能完全代表成像質量，POS 系統在多(duō)次使用(yòng)後需要重新校正等。因此，在确定方案後，還(hái)應獲取小塊示範影(yǐng)像數據進行成像質量、模型制作評估，綜合考慮後進行項目實施。