干货 你要了解的无人机倾斜摄影的技术总结

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《第三次全国土地调查总体方案》明确了第三次全国土地调查的目标,全面细化和完善全国土地利用基础数据,按照国家统一标准,在全国范围内利用遥感、测绘、地理信息、互联网等技术,统筹利用现有资料,查清各类土地的所有权和使用权状况。航空、航天遥感技术手段相比卫星和有人机测绘具有相当的优势,其中的无人机倾斜摄影测量技术已被越来越多的行业认可和应用。

倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项高新技术,倾斜摄影技术三维数据可真实反映地物的外观、位置、高度等属性; 借助无人机,可快速采集影像数据,实现全自动化三维建模; 倾斜摄影数据是带有空间位置信息的可量测影像数据,能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG 等多种成果。

传统航空摄影只能从垂直角度拍摄地物,倾斜摄影则通过在同一平台搭载多台传感器,同时从垂直、侧视等不同的角度采集影像,有效弥补了传统航空摄影的局限。

1. 飞行平台的性能要求

由于无人机用途不同,其性能标准也不一样。测绘型无人机对飞行标准要求更高,可以在载重、巡航速度、实用升限、续航时间、安全性和抗风等级等方面做出限定。例如: ①无人机最低载重2 kg; ②多旋翼巡航速度大于6 m/s,固定翼无人机巡航速度大于10 m/s; ③电池动力续航时间大于25 min,内燃机动力续航时间大于1 h; ④抗风性要求不低于4 级风速; ⑤无人机实用升限能达到1000 m 以上,海拔高度不低于3000 m。

2. 倾斜相机的性能要求

在《低空数字航空摄影规范》相关标准的基础上,把倾角15°以上的都划归到倾斜摄影的范畴。倾斜相机的关键技术指标是获取不同角度影像的能力和单架次作业的广度和深度。倾斜相机的性能要求可以从获取影像能力、作业时间、曝光功能、续航时间、POS 记录功能等方面做出限定。例如: ①倾斜摄影一次曝光采集的像素越高越好,但要根据设备成本考量,单个镜头不低于2000 万像素,一次曝光不低于1 亿像素; ②作业时间至少能满足90 min,最好具备全天候的作业能力;③有定点曝光功能,确保影像重叠度满足要求。

倾斜摄影测量技术优势

1.倾斜摄影测量技术可以真实反映地物的真实面貌:倾斜摄影测量技术通过五个角度对地面情况进行拍摄,获得三维数据可以真实的反映地物的本来面貌,客观的再现了地物的外观、结构以及高度等属性,弥补了传统遥感技术的测量不足,使倾斜摄影测量技术应用更为广泛。

2.倾斜摄影测量技术性价比高:倾斜摄影测量技术测量的数据带有空间位置信息和各种影像数据,同时还可以输出DSM、DOM、DLG等的数据成果,也满足了传统航测技术的要求,除此之外,倾斜摄影测量技术利用提取及贴纹理的方式,还可以降低三维建模的成本。

3.倾斜摄影测量技术效率高:倾斜摄影测量技术是通过借助无人机进行数据测量和影像拍摄的,是一种全自动的模式,通过实践表明,人工1~2年的人工建模,利用倾斜摄影测量技术进行三维建模只需要3~5个月,大大提高了效率,缩短了时间。

倾斜摄影测量技术的具体应用

1.城市建筑监测

此系统主要是经过对相同地方不同时相的建筑物的实景真三维模型和正射影像图数据进行比较分析,经过面积变化、高度变化以及灰度变化等将疑似变化区域确定下来。再通过人机交互与已有地籍和房屋数据进行对比进一步确定最终疑似违章建筑并输出相关信息供城管部门进行实地核查。数据分析系统将点云数据、正射影像图以及实景三维数据作为基础,同时结合地籍、房屋等空间数据库等进行综合分析,经过监测变化、核查地籍、核查房屋和整理分析等四个功能模块最终形成疑似违章建筑的信息。

2.城市管理

倾斜摄影测量可能够快速建立城市现状的三维实体模型,借助倾斜摄影测量技术,可利用航拍倾斜摄影数据与后处理点云信息快速有效的实现三维模型构建。针对不同的拍摄区域,能够更加灵活的适应城市航拍,有效提高城市建模的有效率,同时通过倾斜摄影测量技术数据的不断更新,能够更好的为数字城市提供更好的管理依据。

3.城市规划

对实景进行三维模型的构建以往的三维建模需要非常繁琐的步骤,同时外部作业都是人为完成。智慧城市的规划建设过程中,通常规模面积非常庞大,利用人工建模的方法消耗非常大的人力资源,同时浪费了时间,所以人工建模也并不适合。基于倾斜摄影测量技术的额城市实景三维建模,是非人工的自动建模方式。航拍完成作业后,相关软件会自动处理,此过程的人力使用较少,降低了投入成本。另外,倾斜摄影的建模技术效率高,可以达到几十平方千米。

倾斜摄影测量技术应用问题

1.匹配倾斜航空摄影后期数据影响的过程中,由于倾斜影响摄影比例尺不一致、分辨率差异、地物遮挡等情况造成获得的数据当中含有非常多的粗差,严重威胁着后续的影像空三精度。可是,怎样使用倾斜摄影测量当中的大量冗余信息进行数据的高精度匹配作为提升倾斜摄影技术实用性的关键。

2.倾斜摄影测量所形成的三维模型在表达整体的同时,某些地方存在模型缺失或失真等问题。因此,为了三维模型的完整准确地表达需要进行局部区域的补测,常用方法是人工相机拍照或者使用车载近景摄影测量系统进行补测。

3.随着科技的发展无人机作为倾斜摄影测量实用的载体,为了增加其便携性和灵活性,无人机的续航能力不强,因此,电池的续航能力成为其推广的限制条件,研制体积小长续航的电池迫在眉睫。

总结

无人机倾斜摄影测量已经成为未来航空摄影测量的重要手段和国家航空遥感监测体系的重要补充,逐步从研究开发阶段发展到了实际应用阶段。应用成果已在公安、应急、测绘、旅游、环保等行业得到了应用验证,受到越来越多的研究者和生产者的青睐和好评,大大地扩大了倾斜摄影测量技术的应用范围,其社会经济效益显著,具有广阔的应用前景和推广价值。

责任编辑:实习编辑 韩婉洁

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