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無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用范圍現(xiàn)狀與發(fā)展前景

2018-03-30 熱度:29934 ℃

  近幾年以來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的測量技術(shù)傾斜攝影測量技術(shù),其改變了傳統(tǒng)航測遙感影響只能從垂直方向進(jìn)行拍攝的限制,傾斜攝影測量技術(shù)利用多臺傳感器從不同的角度對數(shù)據(jù)采集,高效快速的獲取海量的數(shù)據(jù)信息,真實(shí)可靠的反應(yīng)地面的客觀情況,滿足人們對三維信息的需要。當(dāng)前,傾斜攝影測量技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)實(shí)踐過程中,文中將主要對傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展展望進(jìn)行了深入研究,希望為有關(guān)方面提供一定的幫助。

  作為一門新興的技術(shù),傾斜攝影測量廣泛使用在三維模型當(dāng)中,可以使用在多樣的工程測量當(dāng)中。具體來講,傾斜攝影測量包含如下技術(shù):得到外業(yè)數(shù)據(jù)、將各類影響數(shù)據(jù)匹配、對平差糾正并處理、對正射影像進(jìn)行處理。傾斜攝影測量主要依賴無人機(jī),從根本上將測量精度提升。與此同時(shí),利用這種新式技術(shù),打造方便快捷的測量領(lǐng)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(xiàn)如今的技術(shù)使用情況進(jìn)行明確,從全面著手將攝影測量的總體質(zhì)量提高。

傾斜攝影測量技術(shù)

  1傾斜攝影測量技術(shù)相關(guān)概述

  1.1傾斜攝影測量技術(shù)內(nèi)涵

  攝影測量利用影像對信息的收集、提取、處理表達(dá)成果進(jìn)行研究,它是一門信息科學(xué),對被攝物體的大小、形狀、特性、位置通過處理進(jìn)行獲取。這是測繪學(xué)當(dāng)中的一門學(xué)科,建設(shè)數(shù)字地面模型和測繪各種比例尺的地形圖是它的主要任務(wù),將一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)提供給土地信息系統(tǒng)和各種地理信息系統(tǒng),影像解譯與幾何定位是攝影測量的兩個(gè)解決問題。為城市發(fā)展中的各項(xiàng)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(shù)的特點(diǎn)

  傾斜攝影測量技術(shù)可以真實(shí)的反映地物的真實(shí)面貌

  傾斜攝影測量技術(shù)通過五個(gè)角度對地面情況進(jìn)行拍攝,獲得三維數(shù)據(jù)可以真實(shí)的反映地物的本來面貌,客觀的再現(xiàn)了地物的外觀、結(jié)構(gòu)以及高度等屬性,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)遙感技術(shù)的測量不足,使傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。

  傾斜攝影測量技術(shù)性價(jià)比高

  傾斜攝影測量技術(shù)測量的數(shù)據(jù)帶有空間位置信息和各種影像數(shù)據(jù),同時(shí)還可以輸出DSM、DOM、DLG等的數(shù)據(jù)成果,也滿足了傳統(tǒng)航測技術(shù)的要求,除此之外,傾斜攝影測量技術(shù)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(shù)效率高

  傾斜攝影測量技術(shù)是通過借助無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和影像拍攝的,是一種全自動的模式,通過實(shí)踐表明,人工1~2年的人工建模,利用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行三維建模只需要3~5個(gè)月,大大提高了效率,縮短了時(shí)間。

  2傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用

  2.1整合多視影像

  在傾斜攝影測量技術(shù)中,有大量的圖像,這是由于傾斜攝影測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)垂直數(shù)據(jù)的采集,也可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的訪問。關(guān)于傾斜三角剖分關(guān)于傾斜的一般信息,實(shí)現(xiàn)了有序的部署,在這種狀態(tài)下,多視點(diǎn)成像技術(shù)之間的關(guān)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(xì)。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(diào)整。

  2.2多視影像密集匹配

  攝影測量當(dāng)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(diǎn)。所以,怎樣在匹配過程中將冗余信息充分考慮,快速精準(zhǔn)的獲取多視影像當(dāng)中同名點(diǎn)坐標(biāo),從而獲得地物的三維信息,作為多視影像匹配的關(guān)鍵點(diǎn)。因?yàn)閱为?dú)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(diǎn),所以,最近幾年來,伴隨著計(jì)算機(jī)視覺發(fā)展起來的多基元、多視影像匹配,逐漸變?yōu)槿藗冄芯康闹攸c(diǎn)。當(dāng)前,這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中的研究獲得了非常大的進(jìn)步,比如對建筑物側(cè)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(shù)據(jù)集,影像上不同視角的二維特征可以轉(zhuǎn)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(yīng)分辨率的,以此來構(gòu)建一個(gè)數(shù)字模型。而DSM就是一種表面的模型,它是景物實(shí)際起伏狀態(tài)的代表。表面模型是空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。實(shí)際工作中通過最初的測量工作,有效辨析連續(xù)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(gòu)屋頂?shù)鹊?。除此之外,可以重新的設(shè)置之前的已經(jīng)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(xiàn)。

  3傾斜攝影測量技術(shù)的具體應(yīng)用

  3.1傾斜攝影測量技術(shù)在無人機(jī)城市建筑監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

傾斜攝影測量技術(shù)在無人機(jī)城市建筑監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

  無人機(jī)具備靈動、快速、經(jīng)濟(jì)、便捷的特征,將無人機(jī)當(dāng)做航空攝影平臺可以快速高效率的獲取高質(zhì)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(dāng)中無人機(jī)所具備的有點(diǎn)就是傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)無法超越的,更多的受到研究者以及生產(chǎn)者的喜愛,極大的擴(kuò)大了遙感的使用范圍和用戶群體,具備非常廣泛的發(fā)展前景。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)已經(jīng)變?yōu)閷砗娇諗z影測量的關(guān)鍵手段以及國家航空遙感監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵補(bǔ)充,慢慢的研究從開發(fā)階段發(fā)展到了實(shí)際的使用環(huán)節(jié)。

  飛行平臺

  考慮到城市作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性,低空航空攝影使用航測無人機(jī)需具有小場地起降的能力以及能夠在航攝過程中保持穩(wěn)定性,優(yōu)先采用兼顧效率與穩(wěn)定的六旋翼無人飛行器,配備飛控系統(tǒng)同步記錄拍攝時(shí)位置、姿態(tài)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(jié)合實(shí)際低空航空攝影測量的需要,該無人飛行器的性能應(yīng)滿足的基本指標(biāo):任務(wù)載重能力應(yīng)大于2kg;飛行升限不小于800m;控制半徑不小于800m;懸停精度應(yīng)滿足垂直方向±1m,水平方向±2m;飛行方式應(yīng)包含自主飛行和手控飛行;能夠在-10℃~+40℃的環(huán)境下使用;抗風(fēng)等級應(yīng)為地面5級或以上;續(xù)航時(shí)間不低于30min。同時(shí)為保證無人機(jī)的飛行安全,還應(yīng)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(biāo)地物在各個(gè)方向的實(shí)景影像信息,包括頂視方向及四個(gè)側(cè)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(yōu)。根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》(CH/Z/3003-2010),低空航攝應(yīng)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(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

  此系統(tǒng)主要是經(jīng)過對相同地方不同時(shí)相的建筑物的實(shí)景真三維模型和正射影像圖數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,經(jīng)過面積變化、高度變化以及灰度變化等將疑似變化區(qū)域確定下來。再通過人機(jī)交互與已有地籍和房屋數(shù)據(jù)進(jìn)行對比進(jìn)一步確定最終疑似違章建筑并輸出相關(guān)信息供城管部門進(jìn)行實(shí)地核查。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)、正射影像圖以及實(shí)景三維數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ),同時(shí)結(jié)合地籍、房屋等空間數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行綜合分析,經(jīng)過監(jiān)測變化、核查地籍、核查房屋和整理分析等四個(gè)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(yīng)用

  借助于數(shù)字城市平臺,傾斜攝影測量在城市的三維建模上發(fā)揮了重要的作用,可能夠快速建立城市現(xiàn)狀的三維實(shí)體模型,借助傾斜攝影測量技術(shù),可利用航拍傾斜攝影數(shù)據(jù)與后處理點(diǎn)云信息快速有效的實(shí)現(xiàn)三維模型構(gòu)建。針對不同的拍攝區(qū)域,能夠更加靈活的適應(yīng)城市航拍,有效提高城市建模的有效率,同時(shí)通過傾斜攝影測量技術(shù)數(shù)據(jù)的不斷更新,能夠更好的為數(shù)字城市提供更好的管理依據(jù)。在具體的規(guī)劃施工的過程中,傾斜攝影測量技術(shù)能夠有效的實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的指標(biāo)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的可靠性與科學(xué)性。在竣工核實(shí)方面,傾斜攝影測量技術(shù)能夠有效的克服建筑物的體積龐大、結(jié)構(gòu)繁瑣的弊端,能夠通過無人機(jī)的介入,快速獲取相關(guān)的圖文資料并進(jìn)一步進(jìn)行建模處理,通過與先前的設(shè)計(jì)方案對比,實(shí)現(xiàn)建模數(shù)據(jù)庫的更新。在輔助規(guī)劃方面,傾斜攝影測量技術(shù)通過有效建模,能夠打破原有的規(guī)劃監(jiān)察方式,實(shí)現(xiàn)規(guī)劃控制疊加,即節(jié)省了人力物力,同時(shí)也更加科學(xué)的規(guī)范了城市用地監(jiān)督管理。

  3.3傾斜攝影測量在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

  對實(shí)景進(jìn)行三維模型的構(gòu)建

  以往的三維建模需要非常繁瑣的步驟,同時(shí)外部作業(yè)都是人為完成。(智慧城市建設(shè)詳情)  智慧城市的規(guī)劃建設(shè)過程中,通常規(guī)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(shí)浪費(fèi)了時(shí)間,所以人工建模也并不適合?;趦A斜攝影測量技術(shù)的額城市實(shí)景三維建模,是非人工的自動建模方式。航拍完成作業(yè)后,相關(guān)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(shù)效率高,可以達(dá)到幾十平方千米。

航空攝影和像控測量的數(shù)據(jù)獲取

  航空攝影和像控測量的數(shù)據(jù)獲取

  城市規(guī)劃當(dāng)中,利用傾斜航拍功能,按照一定的重疊度以及航線條數(shù),將數(shù)萬的曝光點(diǎn)進(jìn)行確定,從而形成照片,平均的分辨率為4厘米,最高要達(dá)到3厘米。完成飛行后,利用相關(guān)軟件對航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓,再經(jīng)過與衛(wèi)星星歷的精密計(jì)算,得出影像數(shù)據(jù)提供的地理定位。接著,將影像數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)整理到資料中,提交最后的成果。

  誤差分析及優(yōu)化措施

  斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用若操作不當(dāng)會出現(xiàn)一定的誤差?;痉譃橐韵聨c(diǎn)。第一,原始分辨率不足產(chǎn)生誤差。第二,空三加密而產(chǎn)生誤差。Smart3D自動加密中,相匹配的數(shù)據(jù)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(yōu)化空三成果精度。第三,人工采集時(shí)產(chǎn)生誤差。作業(yè)人員需要根據(jù)不同的角度將影像進(jìn)行整體和局部的對比,還要提升自身的作業(yè)經(jīng)驗(yàn),這樣可有效提升采集成果準(zhǔn)確度。

  4傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用問題與發(fā)展展望

  4.1傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用問題

  匹配傾斜航空攝影后期數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)當(dāng)中含有非常多的粗差,嚴(yán)重威脅著后續(xù)的影像空三精度。可是,怎樣使用傾斜攝影測量當(dāng)中的大量冗余信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的高精度匹配作為提升傾斜攝影技術(shù)實(shí)用性的關(guān)鍵。

  傾斜攝影測量所形成的三維模型在表達(dá)整體的同時(shí),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(zhǔn)確地表達(dá)需要進(jìn)行局部區(qū)域的補(bǔ)測,常用方法是人工相機(jī)拍照或者使用車載近景攝影測量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)測。

  隨著科技的發(fā)展無人機(jī)作為傾斜攝影測量實(shí)用的載體,為了增加其便攜性和靈活性,無人機(jī)的續(xù)航能力不強(qiáng),因此,電池的續(xù)航能力成為其推廣的限制條件,研制體積小長續(xù)航的電池迫在眉睫。

  4.2傾斜攝影測量技術(shù)發(fā)展展望

  近幾年,傾斜攝影測量技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,由于傾斜攝影測量技術(shù)能夠獲取建筑物、樹木等地理實(shí)體的紋理細(xì)節(jié),不但豐富了影像數(shù)據(jù)源信息,同時(shí),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(shí)體重建成為了可能。無人機(jī)傾斜攝影測量已經(jīng)成為未來航空攝影測量的重要手段和國家航空遙感監(jiān)測體系的重要補(bǔ)充,逐步從研究開發(fā)階段發(fā)展到了實(shí)際應(yīng)用階段。應(yīng)用成果已在公安、應(yīng)急、測繪、旅游、環(huán)保等行業(yè)得到了應(yīng)用驗(yàn)證,受到越來越多的研究者和生產(chǎn)者的青睞和好評,大大地?cái)U(kuò)大了傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用范圍,其社會經(jīng)濟(jì)效益顯著,具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

  將來的進(jìn)步當(dāng)中,需要將更加深層次的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行挖掘,在這樣的前提基礎(chǔ)上獲取最多的成果。對于攝影測量來講,不應(yīng)該只是限制在比較狹窄的現(xiàn)有的技術(shù)范圍當(dāng)中來,需要將更加廣泛的技術(shù)整合起來,例如將紅外技術(shù)、雷達(dá)以及光譜技術(shù)整合,這些都能夠融匯于傾斜攝影的范疇。在保證在無人機(jī)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(guī)模的云數(shù)據(jù)。

  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(shù)特點(diǎn),和正射影像常規(guī)方式相比較,傾斜測量更加重視三維性的立體空間,重新設(shè)定了最原始的測量模型。從發(fā)展的趨勢來講,傾斜攝影測量具備非常高的精準(zhǔn)和真實(shí)性,將信息處理的總體速度加快。經(jīng)過不斷的完善,傾斜攝影測量會將目前的應(yīng)用空間拓展,發(fā)揮了更加高層次的工程測量價(jià)值。


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