【分享】?jī)A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：12847

　　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://travelwithlulu.com/' target='_blank' title='航空攝影'>航空攝影測(cè)量的關(guān)鍵手段以及國(guó)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(chǎng)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(jiǎn)單、起飛和著陸場(chǎng)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(kù)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(kù)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(zhǎng)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(guó)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?jī)r(jià)值。