无人机倾斜摄影测量精度分析文献综述

 2022-08-02 14:54:47

1、选题背景与意义

传统的地形测绘、地理信息获取工作主要采用人工作业模式,测绘人员常年野外奔波,辛勤劳作,这样的外业劳动,存在强度大、工序复杂、耗工费时、成本高等问题。而随着科技的发展和“数字城市”、“智慧城市”建设的推进,测绘行业对于地理信息数据的精确性、时效性要求越来越高,人工成本和时间成本也为行业带来巨大的压力和负担,因此,测绘行业急需能够快速、高效、准确的获取地理信息和数据的解决方案。倾斜摄影测量技术的发展无疑让我们看到了希望,它作为国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术,颠覆了以往的正摄的影像只能从垂直角度拍摄的局限,其通过在同一飞行平台上搭载多台传感器(目前常用的是五镜头相机),同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像,获取地面物体更为完整准确的信息。在建立建筑物表面模型的过程中,相比垂直影像,倾斜影像有着显著的优点,因为它能提供更好的视角去观察建筑物侧面,这正好满足了建筑物表面纹理生成的需要。而无人机因其成本低、适应性强、低空域等特点,使得以无人机为平台,通过倾斜航空摄影有效采集地表地物与建筑纹理成为数字城市建设技术发展的必然,它能够为社会提供更多、更好、更丰富精确的城市三维模型产品和服务。

无人机倾斜摄影测量技术不仅能够真实地反映地物情况,高效地获取地物纹理信息,还可通过先进的定位、融合、建模等技术,生成真实的城市三维模型。使得获取模型的时间和成本得到大幅度降低,这项技术在欧美等发达国家已被广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。可即便如此,基于倾斜摄影测量技术的精度研究却至今没有统一的标准,因此对倾斜摄影测量的精度进行全面深刻的分析,对于推动该项技术在测绘领域和其他行业的深入应用,具有重要的理论和实践意义。

2、国内外研究现状

2.1无人机倾斜摄影测量现状

无人机具有机动、灵活、快速、经济等特点,以无人机作为航空摄影平台能够快速高效地获取高质量、高分辨率的影像,无人机在摄影测量中的优势是传统卫星遥感无法比拟的,越来越受到研究者和生产者的青睐,大大地扩大了遥感的应用范围和用户群,具有广阔的应用前景。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。

2.1.1国外的无人机倾斜摄影测量现状

国外从上世纪90年代就已经开始关注倾斜摄影测量技术,目前此技术在北美和欧洲的应用已经非常普遍。日本采用无人机航摄系统低空拍摄小范围的农田,获取的数据可以用来计算叶平面指数;澳大利亚也把无人机摄影测量用于研究海洋监测; 美国把无人机航拍应用于森林的火灾监测和极地遥感等科研试验,并且使用搭载近红外与数码相机的无人机获取农田植物信息,用以检测农作物生长状况和营养状况。美国的PICTOMETRY公司是全球最早研究倾斜摄影测量技术的一家公司,拥有二十多年的发展历史,它研发了Pictometry倾斜影像处理软件,可以对倾斜影像实现精确定位,具备影像轮廓的自动提取及自动贴纹理等功能。2005 年,欧洲的Blom公司跟PICTOMETRY公司签了一份协议,就是在接近十万平方公里的区域,使用倾斜摄影技术采集数据。它的图像分辨率达到10厘米、精度达到0.5 米。目前Pictometry 倾斜影像处理的产品在微软的Visual Earth 中广泛应用。Armin Gruen等人使用日本STARLABO公司的三线阵航飞系统所采集的影像数据作为数据源,建立了横滨市的三维模型。法国Acute3D公司自主开发的Smart3DCapture是一款基于图形运算单元CPU进行快速三维场景运算的软件,无需人工干预就可以生成实景三维模型的软件解决方案。微软Vexcel公司的Ultramap软件、以色列VisionMap软件、以及基于INPHO软件的AOS系统都是基于倾斜摄影测量的三维建模软件。2015年9月在世界测量和地理信息产业会议INTERGEO上,Skyline正式发布新版本的三维建模软件PhotoMesh6.6,它运用了底层架构技术,并且设计了全新的用户界面,主要用于处理海量数据,此软件使实景三维建模进入了云计算时代。

同时在测量精度方面K.Moe,I.Toschi,D.Poli等[12]用多镜头相机拍摄了伊姆斯特地区的780 张影像图,采取6个地面控制点。垂直摄影的空中三角测量的X方向误差0.044米,Y方向的误差是0.028米,Z方向的误差0.089米。垂直加倾斜影像的空中三角测量的X方向的误差是0.035米,Y方向的误差是0.027米,Z方向的误差0.058 米。

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