【分享】傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用范圍現(xiàn)狀與發(fā)展前景

發(fā)布日期：2018-03-26 00:00 瀏覽量：12706

　　近幾年以來發(fā)展起來的一項新的測量技術(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)實的生產(chǎn)實踐過程中，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(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)使用情況進行明確，從全面著手將攝影測量的總體質(zhì)量提高。

　　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、處理表達成果進行研究，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解決問題。為城市發(fā)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(shù)的特點
　　傾斜攝影測量技術(shù)可以真實的反映地物的真實面貌
　　傾斜攝影測量技術(shù)通過五個角度對地面情況進行拍攝，獲得三維數(shù)據(jù)可以真實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)是通過借助無人機進行數(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(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)可以實現(xiàn)垂直數(shù)據(jù)的采集，也可以實現(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，實現(xiàn)了有序的部署，在這種狀態(tài)下，多視點成像技術(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。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。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(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。當(dāng)前，這個領(lǐng)域當(dāng)中的研究獲得了非常大的進步，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)建一個數(shù)字模型。而DSM就是一種表面的模型，它是景物實際起伏狀態(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)鹊取３酥?，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)在無人機城市建筑監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

　　無人機具備靈動、快速、經(jīng)濟、便捷的特征，將無人機當(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)中無人機所具備的有點就是傳統(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。無人機傾斜攝影測量技術(shù)已經(jīng)變?yōu)閷?a href='http://theweddingcatcher.com/' target='_blank' title='航空攝影'>航空攝影測量的關(guān)鍵手段以及國家航空遙感監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵補充，慢慢的研究從開發(fā)階段發(fā)展到了實際的使用環(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(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)航時間不低于30min。同時為保證無人機的飛行安全，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)地物在各個方向的實景影像信息，包括頂視方向及四個側(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相的建筑物的實景真三維模型和正射影像圖數(shù)據(jù)進行比較分析，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。再通過人機交互與已有地籍和房屋數(shù)據(jù)進行對比進一步確定最終疑似違章建筑并輸出相關(guān)信息供城管部門進行實地核查。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將點云數(shù)據(jù)、正射影像圖以及實景三維數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，同時結(jié)合地籍、房屋等空間數(shù)據(jù)庫等進行綜合分析，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)與后處理點云信息快速有效的實現(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)能夠有效的實現(xiàn)建設(shè)項目的指標(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)計的可靠性與科學(xué)性。在竣工核實方面，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，能夠通過無人機的介入，快速獲取相關(guān)的圖文資料并進一步進行建模處理，通過與先前的設(shè)計方案對比，實現(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，實現(xiàn)規(guī)劃控制疊加，即節(jié)省了人力物力，同時也更加科學(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
　　對實景進行三維模型的構(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(shù)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(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，可以達到幾十平方千米。

　　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(guān)軟件對航拍數(shù)據(jù)進行解壓，再經(jīng)過與衛(wèi)星星歷的精密計算，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)量進行檢驗，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。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，人工采集時產(chǎn)生誤差。作業(yè)人員需要根據(jù)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(yè)經(jīng)驗，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?？墒?，怎樣使用傾斜攝影測量當(dāng)中的大量冗余信息進行數(shù)據(jù)的高精度匹配作為提升傾斜攝影技術(shù)實用性的關(guān)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(zhǔn)確地表達需要進行局部區(qū)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(tǒng)進行補測。
　　隨著科技的發(fā)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(xù)航能力不強，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、樹木等地理實體的紋理細(xì)節(jié)，不但豐富了影像數(shù)據(jù)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(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)測體系的重要補充，逐步從研究開發(fā)階段發(fā)展到了實際應(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，大大地擴大了傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用范圍，其社會經(jīng)濟效益顯著，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。
　　將來的進步當(dāng)中，需要將更加深層次的創(chuàng)新點進行挖掘，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，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值。