【分享】傾斜攝影測量技術應用范圍現狀與發展前景

發布日期：2018-03-26 00:00 瀏覽量：15246

　　近幾年以來發展起來的一項新的測量技術傾斜攝影測量技術，其改變了傳統航測遙感影響只能從垂直方向進行拍攝的限制，傾斜攝影測量技術利用多臺傳感器從不同的角度對數據采集，高效快速的獲取海量的數據信息，真實可靠的反應地面的客觀情況，滿足人們對三維信息的需要。當前，傾斜攝影測量技術已經開始應用到現實的生產實踐過程中，文中將主要對傾斜攝影測量技術的應用現狀以及發展展望進行了深入研究，希望為有關方面提供一定的幫助。
　　作為一門新興的技術，傾斜攝影測量廣泛使用在三維模型當中，可以使用在多樣的工程測量當中。具體來講，傾斜攝影測量包含如下技術：得到外業數據、將各類影響數據匹配、對平差糾正并處理、對正射影像進行處理。傾斜攝影測量主要依賴無人機，從根本上將測量精度提升。與此同時，利用這種新式技術，打造方便快捷的測量領域。從目前的情形來看，傾斜攝影測量并未完全完善，維持在探究的情況下，要將現如今的技術使用情況進行明確，從全面著手將攝影測量的總體質量提高。

　　1傾斜攝影測量技術相關概述
　　1.1傾斜攝影測量技術內涵
　　攝影測量利用影像對信息的收集、提取、處理表達成果進行研究，它是一門信息科學，對被攝物體的大小、形狀、特性、位置通過處理進行獲取。這是測繪學當中的一門學科，建設數字地面模型和測繪各種比例尺的地形圖是它的主要任務，將一些基礎的數據提供給土地信息系統和各種地理信息系統，影像解譯與幾何定位是攝影測量的兩個解決問題。為城市發展中的各項工作提供出更加有效的決策上有著非常重要的意義和作用。
　　1.2傾斜攝影測量技術的特點
　　傾斜攝影測量技術可以真實的反映地物的真實面貌
　　傾斜攝影測量技術通過五個角度對地面情況進行拍攝，獲得三維數據可以真實的反映地物的本來面貌，客觀的再現了地物的外觀、結構以及高度等屬性，彌補了傳統遙感技術的測量不足，使傾斜攝影測量技術應用更為廣泛。
　　傾斜攝影測量技術性價比高
　　傾斜攝影測量技術測量的數據帶有空間位置信息和各種影像數據，同時還可以輸出DSM、DOM、DLG等的數據成果，也滿足了傳統航測技術的要求，除此之外，傾斜攝影測量技術利用提取及貼紋理的方式，還可以降低三維建模的成本。
　　傾斜攝影測量技術效率高
　　傾斜攝影測量技術是通過借助無人機進行數據測量和影像拍攝的，是一種全自動的模式，通過實踐表明，人工1～2年的人工建模，利用傾斜攝影測量技術進行三維建模只需要3～5個月，大大提高了效率，縮短了時間。
　　2傾斜攝影測量技術應用
　　2.1整合多視影像
　　在傾斜攝影測量技術中，有大量的圖像，這是由于傾斜攝影測量技術可以實現垂直數據的采集，也可以實現對數據的訪問。關于傾斜三角剖分關于傾斜的一般信息，實現了有序的部署，在這種狀態下，多視點成像技術之間的關系可以考慮幾何畸變和遮擋。在測量模型中，POS增加了更多的圖像元素的外部方向，皮拉米德，自動測量按照精確序列從粗到細。對于每一層圖像都可用于自動匹配。然后可以保證更高的水平得到圖像的調整。
　　2.2多視影像密集匹配
　　攝影測量當中影像匹配是基本問題，多視影像覆蓋范圍廣，分辨率高的特點。所以，怎樣在匹配過程中將冗余信息充分考慮，快速精準的獲取多視影像當中同名點坐標，從而獲得地物的三維信息，作為多視影像匹配的關鍵點。因為單獨利用一種匹配基元或匹配策略往常無法獲得建模需要的同名點，所以，最近幾年來，伴隨著計算機視覺發展起來的多基元、多視影像匹配，逐漸變為人們研究的重點。當前，這個領域當中的研究獲得了非常大的進步，比如對建筑物側面自動識別以及提取。利用搜索多視影像的特征，如建筑物邊緣、墻面邊緣和紋理，來確定建筑物的二維矢量數據集，影像上不同視角的二維特征可以轉化為三維特征。
　　2.3生成表面模型密集的多視影像
　　在客觀上來講，匹配它是需要提升相應分辨率的，以此來構建一個數字模型。而DSM就是一種表面的模型，它是景物實際起伏狀態的代表。表面模型是空間數據的基礎。實際工作中通過最初的測量工作，有效辨析連續地物的具體特性，有效的將其幾何輪廓提取出來，并且包括有重構屋頂等等。除此之外，可以重新的設置之前的已經獲取好的多視影像信息，主要包括有對分割影像以及邊緣的提取和對其紋理的分析，以此在測量工作中有效的避免一些誤差的出現。
　　3傾斜攝影測量技術的具體應用
　　3.1傾斜攝影測量技術在無人機城市建筑監測系統應用

　　無人機具備靈動、快速、經濟、便捷的特征，將無人機當做航空攝影平臺可以快速高效率的獲取高質量、高分辨率的影響。（更多詳情可看測繪航空攝影）攝影測量當中無人機所具備的有點就是傳統衛星遙感技術無法超越的，更多的受到研究者以及生產者的喜愛，極大的擴大了遙感的使用范圍和用戶群體，具備非常廣泛的發展前景。無人機傾斜攝影測量技術已經變為將來航空攝影測量的關鍵手段以及國家航空遙感監測系統的關鍵補充，慢慢的研究從開發階段發展到了實際的使用環節。
　　飛行平臺
　　考慮到城市作業環境的復雜性，低空航空攝影使用無人飛行器需具有小場地起降的能力以及能夠在航攝過程中保持穩定性，優先采用兼顧效率與穩定的六旋翼無人飛行器，配備飛控系統同步記錄拍攝時位置、姿態等信息。其飛行可靠性高、操作使用簡單、起飛和著陸場地要求低。結合實際低空航空攝影測量的需要，該無人飛行器的性能應滿足的基本指標：任務載重能力應大于2kg；飛行升限不小于800m；控制半徑不小于800m；懸停精度應滿足垂直方向±1m，水平方向±2m；飛行方式應包含自主飛行和手控飛行；能夠在－10℃～+40℃的環境下使用；抗風等級應為地面5級或以上；續航時間不低于30min。同時為保證無人機的飛行安全，還應配置射彈降落傘模塊。
　　3.1.2傳感器
　　為建立三維模型，低空航空攝影傳感器需獲取目標地物在各個方向的實景影像信息，包括頂視方向及四個側面方向。為保證建筑立面影像信息可用性，傾斜影像獲取角度以45°左右為優。根據《低空數字航空攝影規范》（CH/Z/3003-2010），低空航攝應獲取清晰及具有豐富層次且色彩反差適中、柔和、無缺陷的影像。
　　數據分析系統
　　此系統主要是經過對相同地方不同時相的建筑物的實景真三維模型和正射影像圖數據進行比較分析，經過面積變化、高度變化以及灰度變化等將疑似變化區域確定下來。再通過人機交互與已有地籍和房屋數據進行對比進一步確定最終疑似違章建筑并輸出相關信息供城管部門進行實地核查。數據分析系統將點云數據、正射影像圖以及實景三維數據作為基礎，同時結合地籍、房屋等空間數據庫等進行綜合分析，經過監測變化、核查地籍、核查房屋和整理分析等四個功能模塊最終形成疑似違章建筑的信息。
　　傾斜攝影測量在城市管理方面的應用
　　借助于數字城市平臺，傾斜攝影測量在城市的三維建模上發揮了重要的作用，可能夠快速建立城市現狀的三維實體模型，借助傾斜攝影測量技術，可利用航拍傾斜攝影數據與后處理點云信息快速有效的實現三維模型構建。針對不同的拍攝區域，能夠更加靈活的適應城市航拍，有效提高城市建模的有效率，同時通過傾斜攝影測量技術數據的不斷更新，能夠更好的為數字城市提供更好的管理依據。在具體的規劃施工的過程中，傾斜攝影測量技術能夠有效的實現建設項目的指標控制，提高工程的審批和決策，為航空拍攝死角快速多維測繪，有效的提高了數據統計的可靠性與科學性。在竣工核實方面，傾斜攝影測量技術能夠有效的克服建筑物的體積龐大、結構繁瑣的弊端，能夠通過無人機的介入，快速獲取相關的圖文資料并進一步進行建模處理，通過與先前的設計方案對比，實現建模數據庫的更新。在輔助規劃方面，傾斜攝影測量技術通過有效建模，能夠打破原有的規劃監察方式，實現規劃控制疊加，即節省了人力物力，同時也更加科學的規范了城市用地監督管理。
　　3.3傾斜攝影測量在城市規劃中的應用
　　對實景進行三維模型的構建
　　以往的三維建模需要非常繁瑣的步驟，同時外部作業都是人為完成。（智慧城市建設詳情） 智慧城市的規劃建設過程中，通常規模面積非常龐大，利用人工建模的方法消耗非常大的人力資源，同時浪費了時間，所以人工建模也并不適合。基于傾斜攝影測量技術的額城市實景三維建模，是非人工的自動建模方式。航拍完成作業后，相關軟件會自動處理，此過程的人力使用較少，降低了投入成本。另外，傾斜攝影的建模技術效率高，可以達到幾十平方千米。

　　航空攝影和像控測量的數據獲取
　　城市規劃當中，利用傾斜航拍功能，按照一定的重疊度以及航線條數，將數萬的曝光點進行確定，從而形成照片，平均的分辨率為4厘米，最高要達到3厘米。完成飛行后，利用相關軟件對航拍數據進行解壓，再經過與衛星星歷的精密計算，得出影像數據提供的地理定位。接著，將影像數據質量進行檢驗，符合標準的數據整理到資料中，提交最后的成果。
　　誤差分析及優化措施
　　斜攝影測量技術的應用若操作不當會出現一定的誤差。基本分為以下幾點。第一，原始分辨率不足產生誤差。第二，空三加密而產生誤差。Smart3D自動加密中，相匹配的數據中存在誤差，影響其精度。這種誤差可以通過人工糾正的方式優化空三成果精度。第三，人工采集時產生誤差。作業人員需要根據不同的角度將影像進行整體和局部的對比，還要提升自身的作業經驗，這樣可有效提升采集成果準確度。
　　4傾斜攝影測量技術應用問題與發展展望
　　4.1傾斜攝影測量技術應用問題
　　匹配傾斜航空攝影后期數據影響的過程中，由于傾斜影響攝影比例尺不一致、分辨率差異、地物遮擋等情況造成獲得的數據當中含有非常多的粗差，嚴重威脅著后續的影像空三精度。可是，怎樣使用傾斜攝影測量當中的大量冗余信息進行數據的高精度匹配作為提升傾斜攝影技術實用性的關鍵。
　　傾斜攝影測量所形成的三維模型在表達整體的同時，某些地方存在模型缺失或失真等問題。因此，為了三維模型的完整準確地表達需要進行局部區域的補測，常用方法是人工相機拍照或者使用車載近景攝影測量系統進行補測。
　　隨著科技的發展無人機作為傾斜攝影測量實用的載體，為了增加其便攜性和靈活性，無人機的續航能力不強，因此，電池的續航能力成為其推廣的限制條件，研制體積小長續航的電池迫在眉睫。
　　4.2傾斜攝影測量技術發展展望
　　近幾年，傾斜攝影測量技術得到了迅速的發展，由于傾斜攝影測量技術能夠獲取建筑物、樹木等地理實體的紋理細節，不但豐富了影像數據源信息，同時，高冗余度的航攝影像重疊，為高精度的影像匹配提供了條件，使基于人工智能的三維實體重建成為了可能。無人機傾斜攝影測量已經成為未來航空攝影測量的重要手段和國家航空遙感監測體系的重要補充，逐步從研究開發階段發展到了實際應用階段。應用成果已在公安、應急、測繪、旅游、環保等行業得到了應用驗證，受到越來越多的研究者和生產者的青睞和好評，大大地擴大了傾斜攝影測量技術的應用范圍，其社會經濟效益顯著，具有廣闊的應用前景和推廣價值。
　　將來的進步當中，需要將更加深層次的創新點進行挖掘，在這樣的前提基礎上獲取最多的成果。對于攝影測量來講，不應該只是限制在比較狹窄的現有的技術范圍當中來，需要將更加廣泛的技術整合起來，例如將紅外技術、雷達以及光譜技術整合，這些都能夠融匯于傾斜攝影的范疇。在保證在無人機的幫助之下，開拓更加廣闊的測量范圍，利用三維建模來取得大規模的云數據。
　　總而言之，面對傾斜攝影測量來講，解析了最為根本的測量原理和技術特點，和正射影像常規方式相比較，傾斜測量更加重視三維性的立體空間，重新設定了最原始的測量模型。從發展的趨勢來講，傾斜攝影測量具備非常高的精準和真實性，將信息處理的總體速度加快。經過不斷的完善，傾斜攝影測量會將目前的應用空間拓展，發揮了更加高層次的工程測量價值。