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无人机倾斜摄影测量技术应用范围现状与发展前景

2018-03-30 热度:17588 ℃

  近几年以来发展起来的一项新的测量技术倾斜摄影测量技术,其改变了传统航测遥感影响只能从垂直方向进行拍摄的限制,倾斜摄影测量技术利用多台传感器从不同的角度对数据采集,高效快速的获取海量的数据信息,真实可靠的反应地面的客观情况,满足人们对三维信息的需要。当前,倾斜摄影测量技术已经开始应用到现实的生产实践过程中,文中将主要对倾斜摄影测量技术的应用现状以及发展展望进行了深入研究,希望为有关方面提供一定的帮助。

  作为一门新兴的技术,倾斜摄影测量广泛使用在三维模型当中,可以使用在多样的工程测量当中。具体来讲,倾斜摄影测量包含如下技术:得到外业数据、将各类影响数据匹配、对平差纠正并处理、对正射影像进行处理。倾斜摄影测量主要依赖无人机,从根本上将测量精度提升。与此同时,利用这种新式技术,打造方便快捷的测量领域。从目前的情形来看,倾斜摄影测量并未完全完善,维持在探究的情况下,要将现如今的技术使用情况进行明确,从全面着手将摄影测量的总体质量提高。

倾斜摄影测量技术

  1倾斜摄影测量技术相关概述

  1.1倾斜摄影测量技术内涵

  摄影测量利用影像对信息的收集、提取、处理表达成果进行研究,它是一门信息科学,对被摄物体的大小、形状、特性、位置通过处理进行获取。这是测绘学当中的一门学科,建设数字地面模型和测绘各种比例尺的地形图是它的主要任务,将一些基础的数据提供给土地信息系统和各种地理信息系统,影像解译与几何定位是摄影测量的两个解决问题。为城市发展中的各项工作提供出更加有效的决策上有着非常重要的意义和作用。

  1.2倾斜摄影测量技术的特点

  倾斜摄影测量技术可以真实的反映地物的真实面貌

  倾斜摄影测量技术通过五个角度对地面情况进行拍摄,获得三维数据可以真实的反映地物的本来面貌,客观的再现了地物的外观、结构以及高度等属性,弥补了传统遥感技术的测量不足,使倾斜摄影测量技术应用更为广泛。

  倾斜摄影测量技术性价比高

  倾斜摄影测量技术测量的数据带有空间位置信息和各种影像数据,同时还可以输出DSM、DOM、DLG等的数据成果,也满足了传统航测技术的要求,除此之外,倾斜摄影测量技术利用提取及贴纹理的方式,还可以降低三维建模的成本。

  倾斜摄影测量技术效率高

  倾斜摄影测量技术是通过借助无人机进行数据测量和影像拍摄的,是一种全自动的模式,通过实践表明,人工1~2年的人工建模,利用倾斜摄影测量技术进行三维建模只需要3~5个月,大大提高了效率,缩短了时间。

  2倾斜摄影测量技术应用

  2.1整合多视影像

  在倾斜摄影测量技术中,有大量的图像,这是由于倾斜摄影测量技术可以实现垂直数据的采集,也可以实现对数据的访问。关于倾斜三角剖分关于倾斜的一般信息,实现了有序的部署,在这种状态下,多视点成像技术之间的关系可以考虑几何畸变和遮挡。在测量模型中,POS增加了更多的图像元素的外部方向,皮拉米德,自动测量按照精确序列从粗到细。对于每一层图像都可用于自动匹配。然后可以保证更高的水平得到图像的调整。

  2.2多视影像密集匹配

  摄影测量当中影像匹配是基本问题,多视影像覆盖范围广,分辨率高的特点。所以,怎样在匹配过程中将冗余信息充分考虑,快速精准的获取多视影像当中同名点坐标,从而获得地物的三维信息,作为多视影像匹配的关键点。因为单独利用一种匹配基元或匹配策略往常无法获得建模需要的同名点,所以,最近几年来,伴随着计算机视觉发展起来的多基元、多视影像匹配,逐渐变为人们研究的重点。当前,这个领域当中的研究获得了非常大的进步,比如对建筑物侧面自动识别以及提取。利用搜索多视影像的特征,如建筑物边缘、墙面边缘和纹理,来确定建筑物的二维矢量数据集,影像上不同视角的二维特征可以转化为三维特征。

  2.3生成表面模型密集的多视影像

  在客观上来讲,匹配它是需要提升相应分辨率的,以此来构建一个数字模型。而DSM就是一种表面的模型,它是景物实际起伏状态的代表。表面模型是空间数据的基础。实际工作中通过最初的测量工作,有效辨析连续地物的具体特性,有效的将其几何轮廓提取出来,并且包括有重构屋顶等等。除此之外,可以重新的设置之前的已经获取好的多视影像信息,主要包括有对分割影像以及边缘的提取和对其纹理的分析,以此在测量工作中有效的避免一些误差的出现。

  3倾斜摄影测量技术的具体应用

  3.1倾斜摄影测量技术在无人机城市建筑监测系统应用

倾斜摄影测量技术在无人机城市建筑监测系统应用

  无人机具备灵动、快速、经济、便捷的特征,将无人机当做航空摄影平台可以快速高效率的获取高质量、高分辨率的影响。(更多详情可看测绘航空摄影)摄影测量当中无人机所具备的有点就是传统卫星遥感技术无法超越的,更多的受到研究者以及生产者的喜爱,极大的扩大了遥感的使用范围和用户群体,具备非常广泛的发展前景。无人机倾斜摄影测量技术已经变为将来航空摄影测量的关键手段以及国家航空遥感监测系统的关键补充,慢慢的研究从开发阶段发展到了实际的使用环节。

  飞行平台

  考虑到城市作业环境的复杂性,低空航空摄影使用航测无人机需具有小场地起降的能力以及能够在航摄过程中保持稳定性,优先采用兼顾效率与稳定的六旋翼无人飞行器,配备飞控系统同步记录拍摄时位置、姿态等信息。其飞行可靠性高、操作使用简单、起飞和着陆场地要求低。结合实际低空航空摄影测量的需要,该无人飞行器的性能应满足的基本指标:任务载重能力应大于2kg;飞行升限不小于800m;控制半径不小于800m;悬停精度应满足垂直方向±1m,水平方向±2m;飞行方式应包含自主飞行和手控飞行;能够在-10℃~+40℃的环境下使用;抗风等级应为地面5级或以上;续航时间不低于30min。同时为保证无人机的飞行安全,还应配置射弹降落伞模块。

  3.1.2传感器

  为建立三维模型,低空航空摄影传感器需获取目标地物在各个方向的实景影像信息,包括顶视方向及四个侧面方向。为保证建筑立面影像信息可用性,倾斜影像获取角度以45°左右为优。根据《低空数字航空摄影规范》(CH/Z/3003-2010),低空航摄应获取清晰及具有丰富层次且色彩反差适中、柔和、无缺陷的影像。

  数据分析系统

  此系统主要是经过对相同地方不同时相的建筑物的实景真三维模型和正射影像图数据进行比较分析,经过面积变化、高度变化以及灰度变化等将疑似变化区域确定下来。再通过人机交互与已有地籍和房屋数据进行对比进一步确定最终疑似违章建筑并输出相关信息供城管部门进行实地核查。数据分析系统将点云数据、正射影像图以及实景三维数据作为基础,同时结合地籍、房屋等空间数据库等进行综合分析,经过监测变化、核查地籍、核查房屋和整理分析等四个功能模块最终形成疑似违章建筑的信息。

  倾斜摄影测量在城市管理方面的应用

  借助于数字城市平台,倾斜摄影测量在城市的三维建模上发挥了重要的作用,可能够快速建立城市现状的三维实体模型,借助倾斜摄影测量技术,可利用航拍倾斜摄影数据与后处理点云信息快速有效的实现三维模型构建。针对不同的拍摄区域,能够更加灵活的适应城市航拍,有效提高城市建模的有效率,同时通过倾斜摄影测量技术数据的不断更新,能够更好的为数字城市提供更好的管理依据。在具体的规划施工的过程中,倾斜摄影测量技术能够有效的实现建设项目的指标控制,提高工程的审批和决策,为航空拍摄死角快速多维测绘,有效的提高了数据统计的可靠性与科学性。在竣工核实方面,倾斜摄影测量技术能够有效的克服建筑物的体积庞大、结构繁琐的弊端,能够通过无人机的介入,快速获取相关的图文资料并进一步进行建模处理,通过与先前的设计方案对比,实现建模数据库的更新。在辅助规划方面,倾斜摄影测量技术通过有效建模,能够打破原有的规划监察方式,实现规划控制叠加,即节省了人力物力,同时也更加科学的规范了城市用地监督管理。

  3.3倾斜摄影测量在城市规划中的应用

  对实景进行三维模型的构建

  以往的三维建模需要非常繁琐的步骤,同时外部作业都是人为完成。(智慧城市建设详情)  智慧城市的规划建设过程中,通常规模面积非常庞大,利用人工建模的方法消耗非常大的人力资源,同时浪费了时间,所以人工建模也并不适合。基于倾斜摄影测量技术的额城市实景三维建模,是非人工的自动建模方式。航拍完成作业后,相关软件会自动处理,此过程的人力使用较少,降低了投入成本。另外,倾斜摄影的建模技术效率高,可以达到几十平方千米。

航空摄影和像控测量的数据获取

  航空摄影和像控测量的数据获取

  城市规划当中,利用倾斜航拍功能,按照一定的重叠度以及航线条数,将数万的曝光点进行确定,从而形成照片,平均的分辨率为4厘米,最高要达到3厘米。完成飞行后,利用相关软件对航拍数据进行解压,再经过与卫星星历的精密计算,得出影像数据提供的地理定位。接着,将影像数据质量进行检验,符合标准的数据整理到资料中,提交最后的成果。

  误差分析及优化措施

  斜摄影测量技术的应用若操作不当会出现一定的误差。基本分为以下几点。第一,原始分辨率不足产生误差。第二,空三加密而产生误差。Smart3D自动加密中,相匹配的数据中存在误差,影响其精度。这种误差可以通过人工纠正的方式优化空三成果精度。第三,人工采集时产生误差。作业人员需要根据不同的角度将影像进行整体和局部的对比,还要提升自身的作业经验,这样可有效提升采集成果准确度。

  4倾斜摄影测量技术应用问题与发展展望

  4.1倾斜摄影测量技术应用问题

  匹配倾斜航空摄影后期数据影响的过程中,由于倾斜影响摄影比例尺不一致、分辨率差异、地物遮挡等情况造成获得的数据当中含有非常多的粗差,严重威胁着后续的影像空三精度。可是,怎样使用倾斜摄影测量当中的大量冗余信息进行数据的高精度匹配作为提升倾斜摄影技术实用性的关键。

  倾斜摄影测量所形成的三维模型在表达整体的同时,某些地方存在模型缺失或失真等问题。因此,为了三维模型的完整准确地表达需要进行局部区域的补测,常用方法是人工相机拍照或者使用车载近景摄影测量系统进行补测。

  随着科技的发展无人机作为倾斜摄影测量实用的载体,为了增加其便携性和灵活性,无人机的续航能力不强,因此,电池的续航能力成为其推广的限制条件,研制体积小长续航的电池迫在眉睫。

  4.2倾斜摄影测量技术发展展望

  近几年,倾斜摄影测量技术得到了迅速的发展,由于倾斜摄影测量技术能够获取建筑物、树木等地理实体的纹理细节,不但丰富了影像数据源信息,同时,高冗余度的航摄影像重叠,为高精度的影像匹配提供了条件,使基于人工智能的三维实体重建成为了可能。无人机倾斜摄影测量已经成为未来航空摄影测量的重要手段和国家航空遥感监测体系的重要补充,逐步从研究开发阶段发展到了实际应用阶段。应用成果已在公安、应急、测绘、旅游、环保等行业得到了应用验证,受到越来越多的研究者和生产者的青睐和好评,大大地扩大了倾斜摄影测量技术的应用范围,其社会经济效益显著,具有广阔的应用前景和推广价值。

  将来的进步当中,需要将更加深层次的创新点进行挖掘,在这样的前提基础上获取最多的成果。对于摄影测量来讲,不应该只是限制在比较狭窄的现有的技术范围当中来,需要将更加广泛的技术整合起来,例如将红外技术、雷达以及光谱技术整合,这些都能够融汇于倾斜摄影的范畴。在保证在无人机的帮助之下,开拓更加广阔的测量范围,利用三维建模来取得大规模的云数据。

  总而言之,面对倾斜摄影测量来讲,解析了最为根本的测量原理和技术特点,和正射影像常规方式相比较,倾斜测量更加重视三维性的立体空间,重新设定了最原始的测量模型。从发展的趋势来讲,倾斜摄影测量具备非常高的精准和真实性,将信息处理的总体速度加快。经过不断的完善,倾斜摄影测量会将目前的应用空间拓展,发挥了更加高层次的工程测量价值。


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