无人机航测倾斜摄影测量三维地理信息建模分析

无人机航测倾斜摄影测量三维地理信息建模分析

解际迎

山东正元航空遥感技术有限公司，山东省 济南市 250101

摘要：倾斜摄影是应用于无人机航测的一项新技术。该技术的应用打破了从垂直角度拍摄的限制，可以在同一架无人机上搭载多个传感器，通过非垂直拍摄获取某一地面物体的三维图像，大大降低了无人机航测的操作难度。而基于无人机影像数据的三维地理信息建模方法是决定三维影像信息质量的关键因素，需要通过特定的点和准则将影像数据的一系列空间点连接起来，进而形成完整的三维地理空间模型。

关键词：无人机航测倾斜;摄影测量;三维地理信息;建模

引言

真实三维模型是智慧城市的关键组成部分。随着城市建设对真实三维模型需求的不断增加，三维模型构建技术正在向高精度、高效率方向发展。三维模型具有高度可视化的特点。传统的航空摄影测量可以大面积捕捉地面的三维数据，只获取空间坐标和顶部信息，而无法获取侧面纹理信息。无人机倾斜摄影测量技术可以有效弥补上述缺陷。

1无人机航测技术的应用优势

1.1反应快速

部分勘察区场地环境复杂，地形起伏较大。在传统的航空摄影测量技术体系中，为了保证测绘作业的安全，需要保持飞机在高空飞行。飞机起降条件要求严格，测量精度易受气候条件影响，使得测绘成果无法真实、全面地反映测量区域的情况。在无人机航测技术的应用中，无人机作为一种飞行器，具有机动性和灵活性的特点。它可以保持低空飞行进行作业。当前方出现障碍物时，可以快速调整无人机的飞行姿态进行躲避，获得准确的观测数据。同时，无人机对起降条件的要求比较宽泛，只需要在勘察区域有一个相对平坦的路面，或者用弹射器起飞，准备好滑轨、牵引线、解锁装置等即可。在现场，并施加橡胶拉力拉动小车在轨道上加速滑行，可以给无人机一个平坦的飞行速度，快速控制其前往勘测区域拍摄图像数据。

1.2高效建模

无人机倾斜摄影测量技术主要是使用具有高集成度GPS的无人机，并配备垂直角和倾斜角的无透镜高分辨率传感器，采集各个方向统一零件的图像，最终图像作为关键数据信息的基本内容，利用PIX4D、Smart3D等现代软件实现自动化、高速化建模。因此，与传统的人工单一建模方法相比，无人机倾斜摄影测量技术具有更高的建模效率和质量，能够最大限度地满足土地调查对建模的基本需求。

2无人机倾斜摄影测量三维建模基本原理

三维建模是一个复杂的系统，会受到很多因素的干扰。将无人机技术与倾斜摄影测量技术相结合，制作出真实的三维模型。无人机是一种飞行平台，可以从垂直和倾斜角度采集图像信息，最终得到完整的纹理信息。经过后期制作软件处理，可以完成高质量的真实三维模型。整个系统可以分为两个子系统，即数据采集系统和数据处理系统。数据采集系统负责路线设计，获取影响控制点坐标。路线设计要充分结合成像参数、硬件参数等要素。主要过程是提出目标，明确分析路线，获取数据，处理数据，制作3D模型，获得结果。

3无人机航测倾斜摄影测量三维地理信息建模

3.1测区影像数据的全面采集

在测量区域的图像数据采集中，测量人员需要提前做好准备，检查无人机航测系统中各种功能的使用情况，如航向定位功能、信号收发功能等。准备工作完成后，将测量区域的无人机航线和长度方向导入ALtizuree等软件，分别设置各测量区域的航向、飞行高度、飞行速度等参数。根据测绘任务要求，进行空中三角测量和照片控制测量作业，图像重叠度不低于85%。同时，结合POS技术，在无人机飞行过程中持续感知无人机的飞行姿态，解决无人机航测技术姿态稳定性差、图像偏转角大的技术难题，并基于该技术进行测绘点的三维坐标测量。在空中三角测量步骤中，测量人员在掌握现场控制点信息的基础上，对控制点进行加密。作业时，无人机航测系统代替人工自动拍摄图像数据，完成计算作业。工作人员提前在系统中输入连接点，并与测量模型进行连接，这样在测量过程中就可以获得加密点的平面位置和高程数据，可以有效满足大比例尺地形图测绘的需要。同时，空中三角测量时，应着重控制绝对定位精度和相对定位精度。例如，在1:1000的大比例尺地形图中，丘陵地形中定位点残差的平面误差应控制在0.25毫米以下，高程误差应控制在0.25米以下，在照片控制测量步骤中，将无人机航测与GPS系统相结合，将野外作业时获得的3D观测数据和航测影像信息相结合处理， 从而不仅可以获得测量区域内控制点的三维坐标值，还可以准确描述控制点之间的位置关系。

3.2数字划线地图精确度优化方法

在研究中，必须全面采集野外工作点的数据参数，确保野外工作点具有成图特征。在作业过程中，必须将这种作业点引入地籍测绘工作站，通过立体模型处理数据信息。通过这种操作方式，可以密切关注相机位置与地面素材的内在关系，保证地籍测量人员准确计算定位精度，减少计算误差。此外，在摄影测量中，推广应用了数字划线图技术。测量时应严格控制光标切割误差，误差标准控制在5cm以内，以提高地籍测量影像的定位精度。

3.3模糊综合评价理论

AHP受主观因素影响较大，判断矩阵时会有偏差，导致最终计算结果不准确。模糊数学是解决模糊问题的数学理论，为解决不确定性问题提供了一种途径。模糊数学是分析模糊问题的有用工具。在建立模糊问题综合评价体系的过程中，应充分考虑可操作性、完整性和全面性的原则，主要由评论集、类别集和指标集组成。注释集描述了精度水平和影响建模精度的因素，分为数据采集和处理两类。在建立成对判断矩阵的阶段，层次分析法通常忽略了人的判断的不确定性。根据专家经验判断指标权重，并给出几组模糊量。这些值无法定量描述。计算三角模糊数可以提高指标权重，避免人为不确定性，解决测量不准确的问题，增强评价结果的科学性。模糊综合评判法属于模糊数学在实际工程中的应用，基本上是利用经典的数学工具将模糊定性问题转化为定量问题。隶属度可以描述事物具有某种属性的程度。综合评价指标因素包括连续型和离散型。连续型是指一定范围内的所有变量值，离散型是指有限的变量值。连续指标因子包括高度和航向重叠率，隶属度采用F分布法确定。空中三角测量在无人机倾斜摄影测量技术中起着至关重要的作用。计算精度和三维重建模型的结果决定了平均误差是主要的精度评价标准，计算公式为m=2n。通过统计数据分析可以看出，倾斜空间精度的影响主要在于边角位置，监测控制点的密度点与倾斜空间精度的影响密切相关。根据平面误差标准和高程误差标准评估真实三维模型的精度，参考每个检查点的平面和高程误差数据，得到误差直方图。控制点的数量与模型精度成正比，仅靠增加控制片无法保证模型精度的提高。当控制点饱和时，模型精度水平基本保持不变。构建现实生活模型后，可以生成直观性强的数据模型，在系统模型上进行开发，得到三维地理坐标系。在此模型的基础上，测量相关距离，通过比例计算得到实际距离。视野、掩膜分析等功能应该有利于基础数据。客观事物的空间数据通常是不确定的，有许多干扰因素，如原始数据的采集和处理步骤。三维建模的本质是真实物体的模拟呈现，只是近似模拟，与真实物体存在差异，不可能表现出所有的细节信息，需要借助评价指标来衡量数据的准确性。

结束语

综上所述，与传统方法相比，无人机倾斜摄影测量技术可以降低作业成本，一体化建模的优势有利于缩短作业时间，大大提高工作效率，具有明显的实用价值。

参考文献：

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