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摘要: 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)用過程中，存在模型分辨率不一致、精度不可靠、格式不匹配的問題，但沒有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)對任務(wù)質(zhì)量進(jìn)行評價，這在一定程度上限制了無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

本文針對無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的現(xiàn)狀，對從航攝準(zhǔn)備( 硬件) 到數(shù)據(jù)處理應(yīng)用( 軟件) 整個作業(yè)流程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了論述，為無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的從業(yè)人員提供一些參考。

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，傾斜攝影技術(shù)三維數(shù)據(jù)可真實(shí)反映地物的外觀、位置、高度等屬性; 借助無人機(jī)，可快速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動化三維建模; 傾斜攝影數(shù)據(jù)是帶有空間位置信息的可量測影像數(shù)據(jù)，能同時輸出 DSM、DOM、TDOM、DLG 等多種成果。目前，無人傾斜攝影測量技術(shù)已被越來越多的行業(yè)認(rèn)可和應(yīng)用，但針對無人機(jī)傾斜攝影的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一直沒有明確，這就給無人機(jī)傾斜攝影工作帶來一定困擾。

本文結(jié)合實(shí)際工作和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，對無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步的探討。

1.無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)介紹

傳統(tǒng)航空攝影只能從垂直角度拍攝地物，傾斜攝影則通過在同一平臺搭載多臺傳感器，同時從垂直、側(cè)視等不同的角度采集影像，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航空攝影的局限。那么，無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)可以定義為: 以無人機(jī)為飛行平臺，以傾斜攝影相機(jī)為任務(wù)設(shè)備的航空影像獲取系統(tǒng)。

1．1 飛行平臺的性能要求

目前，市場上無人機(jī)的種類繁多，按照動力系統(tǒng)可以區(qū)分為內(nèi)燃機(jī)動力和電池動力; 從飛行實(shí)現(xiàn)方式上可以區(qū)分為固定翼和旋翼( 單旋翼、多旋翼) 。由于飛行平臺自身的振動問題，在成像質(zhì)量上電池動力優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)動力; 在作業(yè)效率和續(xù)航時間上，固定翼優(yōu)于旋翼; 在飛行穩(wěn)定性上，旋翼優(yōu)于固定翼。由于無人機(jī)用途不同，其性能標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。測繪型無人機(jī)對飛行標(biāo)準(zhǔn)要求更高，可以在載重、巡航速度、實(shí)用升限、續(xù)航時間、安全性和抗風(fēng)等級等方面做出限定。

例如: ①無人機(jī)最低載重 2 kg; ②多旋翼巡航速度大于 6 m / s，固定翼無人機(jī)巡航速度大于10 m / s; ③電池動力續(xù)航時間大于 25 min，內(nèi)燃機(jī)動力續(xù)航時間大于 1 h; ④抗風(fēng)性要求不低于 4 級風(fēng)速; ⑤無人機(jī)實(shí)用升限能達(dá)到 1000 m 以上，海拔高度不低于 3000 m。

1．2 傾斜相機(jī)的性能要求

在《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》( CH /Z 3005—2010) 中，對測繪航空攝影也就是垂直攝影的相片傾角有著 如 下 規(guī) 定: 傾 角 不 大 于 5°，最大不超過12°?，F(xiàn)有的航測軟件處理能力已經(jīng)有了很大提升，可以在這個標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，把傾角 15°以上的都劃歸到傾斜攝影的范疇。傾斜攝影發(fā)展到今天，傾斜相機(jī)不再限定相機(jī)鏡頭的數(shù)量。傾斜相機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是獲取不同角度影像的能力和單架次作業(yè)的廣度和深度。這包括五鏡頭、三鏡頭、雙鏡頭等多鏡頭相機(jī)及可以調(diào)整相機(jī)拍攝角度的單相機(jī)系統(tǒng)。在無人機(jī)航測標(biāo)準(zhǔn)中，要求航測相機(jī)像素不低于 3500萬，在傾斜攝影中可以不對單一相機(jī)的像素進(jìn)行限定，而對一次曝光獲取的影像像素進(jìn)行控制。傾斜相機(jī)的性能要求可以從獲取影像能力、作業(yè)時間、曝光功能、續(xù)航時間、POS 記錄功能等方面做出限定。例如: ①傾斜攝影一次曝光采集的像素越高越好，但要根據(jù)設(shè)備成本考量，單個鏡頭不低于2000 萬像素，一次曝光不低于 1 億像素; ②作業(yè)時間至少能滿足 90 min，最好具備全天候的作業(yè)能力;③有定點(diǎn)曝光功能，確保影像重疊度滿足要求。

2.飛行航線的設(shè)計(jì)

2．1 航攝高度的確定

無人機(jī)傾斜攝影的飛行高度是航線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。航攝高度需要根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的地面分辨率，然后結(jié)合傾斜相機(jī)的性能，按照式( 1) 計(jì)算H= f×GSD/α ( 1)式中，H 為航攝高度，單位為 m; f 為鏡頭焦距，單位為 mm; α 為像元尺寸，單位為 mm; GSD 為地面分辨率，單位為 m。

2．2 航攝重疊度的設(shè)置

低空數(shù)字航空攝影規(guī)范規(guī)定“航向重疊度一般應(yīng)為 60% ～ 80%，最小不小于 53%; 旁向重疊度一般應(yīng)為 15% ～ 60%，最小不小于 8%”。在無人機(jī)傾斜攝影時，旁向重疊度是明顯不夠的。不論航向重疊度還是旁向重疊度，按照算法理論建議值是 66．7%?？梢詤^(qū)分為建筑稀少區(qū)域和建筑密集區(qū)域兩種情況來進(jìn)行介紹。

2．2．1 建筑稀少區(qū)域考慮到無人機(jī)航攝時的俯仰、側(cè)傾影響，無人機(jī)傾斜攝影測量作業(yè)時在無高層建筑、地形地物高差比較小的測區(qū)，航向、旁向重疊度建議最低不小于70%。要獲得某區(qū)域完整的影像信息，無人機(jī)必須從該區(qū)域上空飛過。以兩棟建筑之間的區(qū)域?yàn)槔?，如果這兩棟建筑由于高度對這個區(qū)域能形成完全遮擋，而飛機(jī)沒有飛到該區(qū)域上空，那么無論增加多少相機(jī)都不可能拍到被遮區(qū)域，從而造成建筑模型幾何結(jié)構(gòu)的粘連。

2．2．2 建筑密集區(qū)域建筑密集區(qū)域的建筑遮擋問題非常嚴(yán)重。航線重疊度設(shè)計(jì)不足、航攝時沒有從相關(guān)建筑上空飛過，都會造成建筑模型幾何結(jié)構(gòu)的粘連。為提高建筑密集區(qū)域影像采集質(zhì)量，影像重疊度最多可設(shè)計(jì)為80% ～ 90%。當(dāng)高層建筑的高度大于航攝高度的1 /4 時，可以采取增加影像重疊度和交叉飛行增加冗余觀測的方法進(jìn)行解決。如著名的上海陸家嘴區(qū)域傾斜攝影，就是采用了超過 90%的重疊度進(jìn)行影像采集以杜絕建筑物互相遮擋的問題。影像重疊度與影像數(shù)據(jù)量密切相關(guān)。影像重疊度越高，相同區(qū)域數(shù)據(jù)量就越大，數(shù)據(jù)處理的效率就越低。所以在進(jìn)行航線設(shè)計(jì)時還要兼顧二者之間的平衡。