无人机倾斜摄影测量在农房地调查中的应用

无人机倾斜摄影测量在农房地调查中的应用

姜国国

上海纵核信息技术有限公司 201512

摘要：无人机倾斜摄影技术是通过收集不同角度的摄影信息，对相应坐标、航速等参数进行统一组合分析，重建测量区域内房地体表征的三维技术。基于此，本文详细论述了无人机倾斜摄影测量在农房地调查中的应用。

关键词：无人机倾斜摄影测量；农房地调查；应用

进入21世纪以来，我国进入了现代化建设的新阶段，各行各业发展迅速，对人们与社会产生了深刻的影响和改变。这也为我国的工业生产及计量提供了新的思路，使一切成为可能。其中，无人机倾斜摄影测量技术在测绘领域发挥着越来越重要的作用。无人机配备多个传感器，可同时在相邻的飞行平台上拍摄图像，从而真正采集及获取地图数据，常被广泛应用于环境基础建设中，并能在各个领域充分发挥其优势。

一、系统与构成

1、倾斜摄影测量系统。倾斜视角摄影影像测量监控系统的主要软件包括两大部分：自动数字影像数据采集系统设备、自动无人机影像数据处理系统软件。其中，自动数字影像数据采集系统设备由自动无人机成像系统、航向路线规划处理软件、数码相机组成。

2、无人机系统的组成。无人机飞行是利用飞机无线电通信技术，通过飞机控制站直接发送的飞机指令及飞行信号系统，实现低空飞行，自动完成飞机各种飞行动作的大型无人机飞行平台。每种小型无人机都有其自身的许多安全优势和劣势。例如，单翼固定翼小型无人机操作难度大，起飞时对工作场所有严格的安全要求，风险系数相对较高。但其飞行续航时间及飞行时间长，适合大面积野外作业；多翼螺旋翼小型无人机使其操作过程简单，能在不同垂直面及水平面上同时起飞与降落，而无需在特定工作场所起飞。相对安全，但最大飞行速度持续时间较短。

1)飞行平台机身的保护由三部分组成：a.机身保护整个系统的运行；b.动力设备为航空飞行提供动力；c.飞行控制系统控制飞行轨迹。

①整体机身材料固定翼小型无人机整体机身的复合材料一般由EPP(聚氨酯-聚丙烯-发光塑料-聚酯发光泡泡复合材料)、EPO(聚酯发光泡泡材料-聚苯乙烯酸-聚乙烯塑料混合物)、FRP，不同高强度或低质量的木材等复合材料；多翼螺旋翼小型无人机的整个机身通常由多种碳纤维复合材料制成；②动力设备无人机一般使用锂电池、汽油、水电混合动力和氢气等作为主要能源，较常见的情况是使用转子锂电池供电。由于缺乏锂电池储能及发动机，航空旋翼无人机飞行时间相对较短；③飞行运动控制系统技术是飞机飞行控制平台的重要组成部分，其主要功能包括飞行运动控制系统单元，如涡轮惯性驱动发动机飞行控制、中继板(IMU)、气压与推力空速控制传感器、GPS射频接收机等。

2)任务设备。民用无人机的任务设备包括通信中继设备、红外遥感遮蔽设备、航向规划设备等。

3)基于无人机应用地面飞行控制站的应用。地面飞行控制站主要由控制显示系统、控制数据处理器、网络数据包传输控制系统组成。显控系统的主要功能是实时显示与控制无人机的各种飞行运动状态，无人卫星接收机GPS及无人摄像机实时锁定后发射的卫星数，飞机控制电路系统是通过摄像机航向运动规划管理软件平台，准确规划摄像机跑道轨迹的运动模式及方向，控制整架飞机的航向运动。

二、无人机倾斜摄影测量

1、技术原理。无人机倾斜摄影测量技术的原理是通过在无人机飞行平台上携带各种传感器，从五个不同角度(一个垂直与四个倾斜)同步捕获地面物体的影像，一组垂直于地面的正片用于制作传统的DOM、DEM、DSM和DLG产品，另外，4组斜片用于获取地物的纹理信息，并借助自动高性能后处理系统，快速构建位置准确、纹理特征清晰的高分辨率真实三维场景，将公众带入符合人类视觉感官的真实世界。

2、工作流程。无人机倾斜摄影测量包括无人机航飞获取多视影像、POS数据，像片控制点布设与测量，数据检查整理与导入，空间三维解算处理，基于现实的超高密度点云生成，地表模型(DSM)生成，正射影像和空间三维模型重建等，矢量测图等行业应用。

3、应用优势。在无人机上搭载倾斜摄影系统进行摄影测量以获取地物信息即是无人机倾斜摄影，倾斜摄影技术的三维数据能真实反映地物外观、位置、高度等属性，借助无人机，可快速采集影像数据，实现全自动三维建模，具有成本低、数据采集准确、操作灵活方便等特点。

1)突破了传统航测单相机只能从垂直角度拍摄获取正射影像的局限性，通过在同一飞行平台上搭载多台影像传感器，从垂直和倾斜角度采集具有空间信息的真实影像，获得更全面的地物纹理细节，更真实地反映地物的实际情况。

2)使用无人机搭载倾斜摄影相机进行地形测绘，结合自动影像匹配和建模系统，能减少人工干预，提高工作效率。

3)节省人力，效率高，能大幅缩短外业测绘的协同工作，解决因天气等外部因素造成的工作延误，将大量外业工作变为内业工作，从而缩短了测量人员的劳动时间，降低了外业工作强度。

4)倾斜影像能为用户提供丰富的地理信息产品，实现二三维数据的叠加及显示，为相关地籍管理信息系统提供辅助决策分析。

三、无人机倾斜摄影测量在农村房地一体中的应用

无人机倾斜摄影测量技术在农业与房地产领域的应用，利用无人机倾斜摄影测量技术获取真实的三维建筑模型，完成房屋权属集中调查及房地产估价。

1、内业数据处理流程。①SIFT特征提取与匹配算法能在尺度空间中建立特征，实现特征线与特征点间的定位和运动匹配；②结合POS数据系统提供的多视点图像的外方位管理元素，采用金字塔移动匹配管理策略和dogt相结合，可在多视点图像的每一级自动匹配多个同名点，构建无图像网络；③建立多视点图像连接点及图像控制线、多影像控制点运动坐标和匹配POS系统数据、多视点图像自标定和区域网匹配平差检测误差计算公式。

2、外业补测。在分析三维房屋巡查结果及调研成果基础上，进行现场人员交流巡查底图，及时开展房屋管理现场调查。在现场房屋测量过程中，使用钢尺gnssrtk、全站仪、钢尺等工具，对一些结构复杂、三维真实场景模型不清晰的房屋进行多项辅助测量，现场补测目的是进行以下补测工作：①使用三维钢尺测量房屋边界特征点，对边长超限房屋的边界特征点，用钢尺gnssrtk或全站仪重新采集，找出边界特征点；②三维实体建筑模型的边界拐点不清晰或不规则；③测量所有楼盘的建筑面积，不要采集多余面积。

3、EPS三维采集。EPS可用于对倾斜广角摄像机测量系统产生的部分模拟量提取值进行数据导入及综合分析测量处理，可用于对房屋、墙壁、阳台等相关辅助建筑设备的部分模拟量提取值进行分析测量，或模拟提取墙到地面高度点的值。先将直接生成的三维图像模型及正射三维图像直接加载到EPS中，直接生成的三维图像模型值通过向上格式转换，然后在三维图像模型上直接向上量化。在绘制地图时，用户甚至可分析整个房屋模型中所有建筑的主体结构，并实时输入各楼层面积数等建筑属性的信息数据。在常规投影激光投影(三维平面)下，一些圆形建筑可在三维图像中快速描述，而在三维透视反射投影(三维平面)下，一些屋檐可直接修改或校正。

4、数据处理。无人机摄影完成后，需对摄影中的大量数据进行分析处理，为今后其他项目的应用做好准备。与传统的图像摄影技术相比，倾斜图像摄影技术能从多个角度获取被测物体的相关信息，提高了图像处理维数。多角度数据采集还可为图像处理工作者提供更多参考，提高图像处理效率。另外，配备先进倾斜摄影技术的无人机还将配备先进的预处理系统，能消除拍摄图像中的所有无效数据，提高数据处理速度及精度。

参考文献：

[1]雷国飞.无人机倾斜摄影测量在农房地调查中的应用[J].地质·勘察·测绘，2021(07).

[2]王海峰.无人机倾斜摄影测量在农房地调查中的应用[J].测绘技术装备,2019(03).