基于无人机倾斜摄影测量模型的大比例尺测图方法研究与实现
开题报告
- 选题背景
摄影测量的基本命题是根据物像几何关系确定各类空间物体的形状、大小和位置。其原理则是通过同名光线的交会和像点的量测来确定被摄目标。因而，必须精确确定投影光束（像片）的位置（3个线元素）和姿态（3个角元素），合称6个外方位元素。传统的摄影测量方法是利用大量的地面控制点并通过空中三角测量反求光束的外方位元素，其成图方式的主要过程包括航空摄影、外业控制、空三加密及内业成图。利用机载POS系统，在航空摄影的同时，可以准确地获取像片的空间位置和姿态参数。这些参数的直接获取给数字摄影测量带来了深刻影响，基本可以免去地面控制工作，进而简化和加速影像定向和定位工作。[1]部分数字摄影测量的算法，甚至使整个作业流程都面临新的改进。此外，仅靠卫星和有人机难以快速、及时和全方位地获取地理环境信息，基于无人机平台的测绘技术正是这一缺陷的有效补充手段，能够满足实时获取的要求，所获取的高分辨率遥感图像数据对于地理信息处理和应用具有重要的意义。[2]
倾斜摄影技术是国际测绘领域近年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼世界的真实直观世界。倾斜摄影可以获取几十平方公里的城市建筑物及地形模型，建模速度快，纹理真实性强。同时倾斜航空摄影也能在建模之余，获得正射影像和数字高程模型。
当然，倾斜摄影也不是完美的，目前该行业缺乏相关法律条例管束导致技术人员操作水准良莠不齐。此外在对于近景植被的处理上，细节缺乏几何感和美感，必要时需要人工重做。还存在由于航摄时航高的因素接近于地表的细节损失相当严重的问题。目前呈现出无人机低空摄影表现优于大飞机高空航摄的趋势，但无人机单次采集区域又过小，而且依然无法保证地面细节的完美。
由此可见，倾斜摄影测量技术作为一个新兴的技术方法在三维建模和工程测量中有广泛的前景。本文简述了倾斜摄影测量技术的发展概况、基本原理及外业数据获取方法，对影像数据的匹配、正射影像纠正以及平差等处理的关键问题进行了分析总结；对目前倾斜摄影测量精度、存在问题及未来发展进行了分析。最后，给出基于倾斜摄影测量的大比例尺地形图的测绘流程与方法。
- 国内外研究现状
倾斜摄影测量技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证。摄影测量按摄影机平台的位置不同可分为航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、水下摄影测量和显微摄影测量。航天摄影测量又称为遥感技术，是将传感器安置在航天器或卫星上对地面进行遥感，用于资源调查、环境保护、灾害监测、地形测绘、农业、林业、地质调查和军事侦察等领域。其中航空摄影测量是将摄影机安置在地面上对地面进行摄影，主要用于测制各种比例尺的地形图。航空倾斜摄影测量技术作为一个新兴的技术方法在三维建模和工程测量中有广泛的前景。航空倾斜影像不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，潜入精确的地理信息、更风度的影像信息、更高级的用户体验，极大地扩展了摄影测量影像的应用领域。[3-5]
2.1 国外倾斜摄影测量现状
国外在上世纪90年代就开始了对倾斜摄影测量系统的研究，目前该技术正成为研究的热点和市场的应用方向，美国pictometry公司是世界上最早研究倾斜摄影技术的公司。目前pictometry公司的倾斜摄影系统已在北美，欧洲得到广泛的应用。该类系统所具有的特点对人们使用地理空间信息的方式产生着很大的影响，它在美国的早期成功是用于突发事件方面的应用。而真正的发展始自于与微软的合作，并被集成进微软公司开发的BingMaps。Goggle Earth 也可能集成大角度的倾斜影像。在欧洲市场，2005年欧洲的布姆集团与pictometry公司签署了一份独家协议，利用pictometry公司系统进行12个国家的倾斜摄影应用。该项目覆盖西欧人口超过5万的所有城镇80%的人口，大约1000个城市，公司的欧洲项目图像分辨率为10cm~12cm，位置精度约0.5m。[6-7]
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