无人机倾斜摄影技术在测绘工程的应用

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无人机倾斜摄影技术在测绘工程的应用

【摘要】现代科学技术的进步使得测绘技术得到了突飞猛进的发展,其中以无人机为代表的倾斜摄影技术成为目前测绘行业的研究热点。论文对无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用进行了研究。

【关键词】测绘工程;无人机;倾斜摄影

1引言

无人机倾斜摄影是指通过携带有摄像头的无人机,通过多个角度对待测目标进行测量的操作。相较于传统的垂直摄影,倾斜摄影可以将待测物体或地区的高度差展示出来,使所拍摄的景象更加的真实、直观。因此,研究无人机倾斜摄影在测绘工程中的应用,对于提升我国的测绘水平具有重要的意义。

2无人机倾斜摄影技术

2.1技术特点

无人机倾斜摄影技术通过搭载多组摄像头,可以在斜向角度拍摄待测目标,获得其顶部与侧面的信息,使待测目标更为真实。此外,搭载有多组摄像头的无人机自身的技术也比传统的无人机更加先进,不但操作更为简便,其续航、载重和操控性等也有了显著的提升。同时,倾斜摄影无人机搭载的遥感探测技术缩短了其摄像的时间,在拍摄相同数量的照片时,倾斜摄影无人机用时比传统无人机更短,提升了测绘工作的效率。

2.2镜头要求

镜头是拍摄工作的关键,倾斜摄影无人机为拍摄多角度的照片,其所搭载的镜头一般是单组与多组相结合的方式。一般来说,为控制成本,多组镜头的像素往往比单组镜头更低,单组镜头一般为3500万像素,而多组镜头则会减少到2000万像素,相机的曝光时间也会相应缩短[1]。同时,为满足多组镜头的工作需要,倾斜摄影无人机搭载的电池容量会更大,镜头的工作时间通常会大于90min。

3无人机倾斜摄影的技术优势

3.1多角度获取信息

垂直摄影仅存在一个摄影角度,因此,难以获得顶部之外的信息,获取信息的能力非常有限。而无人机倾斜摄影通过多个多角度的摄像头,实现对待测目标的多角度观察,这种方式可以得到目标的侧面信息,从而弥补了传统垂直摄影的局限性。从多角度获取信息可以为测绘工程中三维模型的建立与三维测量工作提供有效的参考,从而提升三维测绘水平。

3.2便于还原待测目标

对待测目标的还原是测绘工程中的重要环节,可以为后续工程提供参考。而传统的垂直摄影方式因无法取得待测目标的侧面信息,在进行还原工作时会存在困难,而无人机倾斜摄影通过多角度拍摄的方式,可以得知待测目标的顶部与侧面信息,以及角度、高度、坡度等各项信息,极大地方便了还原工作。

3.3成像更清晰

倾斜摄影所搭载的摄像头具备更强大的成像能力,所拍摄的影像的分辨率更高,各种纹理等也能清晰可见。这对分析目标特征及其周围环境的工作有着非常大的帮助。

4无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用

4.1航线设计

由于无人机倾斜摄影具有多角度的特点,因此,通过对无人机飞行高度、镜头距待测目标的距离、摄影倾斜的角度以及镜头的分辨率等数据进行计算,可以提升数据分析的准确性,从而为航线设计工作提供帮助[2]。

4.2地面观测

地面观测是测绘工作中的重点环节之一,地面观测环节不仅需要观测地面的平面特征,对于地面的状态、地面上存在的目标以及不平整地面的高度差等也需要进行观测,而传统的垂直摄影方式只能够得到来自顶部的信息,对于与地面高度相关的数据难以进行观测。倾斜摄影技术通过多角度拍摄,可得知地面高度变化信息。这种高度差信息可以为测绘人员分析地面不同高度的目标提供帮助,使分析结果更加详细,提升测绘分析的水平。

4.3GPS布设

GPS布设是测绘工程中的一个关键问题。通过GPS布设,可以实现对无人机摄像数据之间的同步,以提升工作的效率,而这对GPS布设的精度提出了较高的要求。此外,在GPS布设的工作完成后,需要进行信号的接收工作,信号接收工作在GPS布设的基础上完成,其目的是为了接收来自无人机的测绘数据。在进行信号接收工作前,需要确保无人机的供电充足,而传统的垂直摄影方式因获取信息的密度有限,需要对更大面积的目标进行摄影,这就延长了摄影的时间,对无人机的供电提出了更高的要求[3]。而倾斜摄影通过多种摄影模组可以在较少的拍摄次数内完成多角度的摄影工作,缩短了摄影所需的时间,这可以减轻无人机的供电压力,扩大无人机的摄影工作范围,从而提升GPS布设工作的效率。

4.4数据处理

在无人机摄影完毕后,需要对摄影的数据进行处理,从而为后续的其他工作奠定基础。倾斜摄影技术相较于传统的摄影技术,可以从多角度获取待测目标的信息,这使得数据处理工作的维度增加,多角度的数据可以为数据处理工作提供更多的参考,从而提升数据处理工作的效率。此外,搭载有倾斜摄影技术的无人机一般都搭载有预处理系统,无人机中的预处理系统可在完成摄影后利用其搭载的预处理系统对数据进行简单的处理,预处理系统可以将所拍摄的数据中的无效数据剔除,从而降低后期POS数据处理的难度,提升数据处理的速度和精确性。

4.5质量控制

相较于传统的垂直摄影技术,倾斜摄影技术不但信息更加丰富,其质量也可以得到良好的控制,这对于高精度测绘来说非常有帮助。倾斜摄影中的质量控制主要包括2部分,一是数据获取过程中的质量控制,二是数据本身的质量控制。

4.5.1数据获取中的质量控制

无人机在摄影中需要取得大量的数据,因此,决定数据获取质量的影响因素很多,例如,摄影的时间、倾斜摄影的角度、摄影的高度、照片质量等。而倾斜摄影的方式可以将不同角度下所拍摄的影像进行比对,通过对不同角度下影像的重叠度进行分析,可以有效地保证测绘工程中无人机成像的质量。同时,结合预先设计好的航线,可以最大限度地保证所拍摄的影像的质量,在所拍摄的影像不符合测绘的要求时,可以及时地进行补拍,从而减小测绘工程中的误差。

4.5.2数据质量控制

数据质量是决定测绘工程水平的关键,当无人机拍摄完毕后,需要借助POS对其所拍摄的数据进行处理,同时对GPS数据进行分析,以便对数据不连续的部分进行补全。而倾斜摄影在提升数据处理质量方面具有天然的优势,倾斜摄影方式获得的数据信息更加全面,因此,数据不连续的部分较少;同时信息密度较大的数据也可以显著提升数据补全工作的效率。

5结语

无人机倾斜摄影技术是现代测绘工程中常用的一种新型技术,本文对其在测绘工程中的应用进行了研究。倾斜摄影无人机通过搭载的多组镜头,可以实现对待测目标的多角度拍摄,从而提升信息的密度,使所拍摄的影像更加直观与立体。无人机倾斜摄影技术在航线设计、地面观测、GPS布设、数据处理以及质量控制方面都有广泛的应用。

【参考文献】

【1】周晓敏,孟晓林,张雪萍,等.倾斜摄影测量的城市真三维模型构建方法[J].测绘科学,2016,41(9):159-163.

【2】曹晓元.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究[J].江西建材,2018(1):180.

【3】孙亮,夏永华.基于无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的可行性研究[J].价值工程,2017,36(8):209-212.

作者:曹明 单位:江西核工业测绘院