【分享】傾斜攝影測(cè)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：16478

　　近幾年以來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的測(cè)量技術(shù)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，其改變了傳統(tǒng)航測(cè)遙感影響只能從垂直方向進(jìn)行拍攝的限制，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)利用多臺(tái)傳感器從不同的角度對(duì)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(duì)三維信息的需要。當(dāng)前，傾斜攝影測(cè)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(duì)傾斜攝影測(cè)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(cè)量廣泛使用在三維模型當(dāng)中，可以使用在多樣的工程測(cè)量當(dāng)中。具體來講，傾斜攝影測(cè)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(duì)平差糾正并處理、對(duì)正射影像進(jìn)行處理。傾斜攝影測(cè)量主要依賴無人機(jī)，從根本上將測(cè)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(cè)量領(lǐng)域。從目前的情形來看，傾斜攝影測(cè)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(cè)量的總體質(zhì)量提高。

　　1傾斜攝影測(cè)量技術(shù)相關(guān)概述
　　1.1傾斜攝影測(cè)量技術(shù)內(nèi)涵
　　攝影測(cè)量利用影像對(duì)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(duì)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(cè)繪學(xué)當(dāng)中的一門學(xué)科，建設(shè)數(shù)字地面模型和測(cè)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(cè)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(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)
　　傾斜攝影測(cè)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(cè)量技術(shù)通過五個(gè)角度對(duì)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(cè)量不足，使傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。
　　傾斜攝影測(cè)量技術(shù)性價(jià)比高
　　傾斜攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)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(cè)技術(shù)的要求，除此之外，傾斜攝影測(cè)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(cè)量技術(shù)效率高
　　傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是通過借助無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和影像拍攝的，是一種全自動(dòng)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(cè)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(cè)量技術(shù)應(yīng)用
　　2.1整合多視影像
　　在傾斜攝影測(cè)量技術(shù)中，有大量的圖像，這是由于傾斜攝影測(cè)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(duì)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(cè)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(dòng)測(cè)量按照精確序列從粗到細(xì)。對(duì)于每一層圖像都可用于自動(dòng)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(cè)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(duì)建筑物側(cè)面自動(dòng)識(shí)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(cè)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猓梢灾匦碌脑O(shè)置之前的已經(jīng)獲取好的多視影像信息，主要包括有對(duì)分割影像以及邊緣的提取和對(duì)其紋理的分析，以此在測(cè)量工作中有效的避免一些誤差的出現(xiàn)。
　　3傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的具體應(yīng)用
　　3.1傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在無人機(jī)城市建筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

　　無人機(jī)具備靈動(dòng)、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(tái)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(cè)繪航空攝影）攝影測(cè)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(cè)量技術(shù)已經(jīng)變?yōu)閷?a href='http://www.baobaoonline.cn/' target='_blank' title='航空攝影'>航空攝影測(cè)量的關(guān)鍵手段以及國家航空遙感監(jiān)測(cè)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(tái)
　　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(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(cè)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(jí)應(yīng)為地面5級(jí)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(duì)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(duì)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(cè)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(cè)量在城市管理方面的應(yīng)用
　　借助于數(shù)字城市平臺(tái)，傾斜攝影測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)量在城市規(guī)劃中的應(yīng)用
　　對(duì)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。基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的額城市實(shí)景三維建模，是非人工的自動(dòng)建模方式。航拍完成作業(yè)后，相關(guān)軟件會(huì)自動(dòng)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(cè)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(duì)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(cè)量技術(shù)的應(yīng)用若操作不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。基本分為以下幾點(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(dòng)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(duì)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(cè)量技術(shù)應(yīng)用問題與發(fā)展展望
　　4.1傾斜攝影測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)，常用方法是人工相機(jī)拍照或者使用車載近景攝影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。
　　隨著科技的發(fā)展無人機(jī)作為傾斜攝影測(cè)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(cè)量技術(shù)發(fā)展展望
　　近幾年，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，由于傾斜攝影測(cè)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(cè)量已經(jīng)成為未來航空攝影測(cè)量的重要手段和國家航空遙感監(jiān)測(cè)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(cè)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(píng)，大大地?cái)U(kuò)大了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用范圍，其社會(huì)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(duì)于攝影測(cè)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(cè)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(duì)傾斜攝影測(cè)量來講，解析了最為根本的測(cè)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(cè)量更加重視三維性的立體空間，重新設(shè)定了最原始的測(cè)量模型。從發(fā)展的趨勢(shì)來講，傾斜攝影測(cè)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(cè)量會(huì)將目前的應(yīng)用空間拓展，發(fā)揮了更加高層次的工程測(cè)量價(jià)值。