1.天津市测绘院天津市西青区300381；
2.天津中科遥感科技集团有限公司天津市西青区300381
摘要：倾斜摄影测量技术是在飞行载具上搭载多角度、多拼相机，对地面全要素信息进行数据采集、三维建模及输出真正射影像、大比例尺地形图等产品的综合技术手段。作为新型测绘手段，倾斜摄影技术已经在城市管理、国土规划、土地确权、宅基地管理等领域得到广泛应用。随着技术不断进步，飞行载具与倾斜航摄仪也向着轻型、微型化发展，不但使实景三维模型适用的领域更为广泛，也更能够满足用户对实景三维模型的高分辨率、高颜色还原度等要求。本文对倾斜摄影技术在高中低空解决方案进行探讨，为各行业应用提供技术支持。
关键词：倾斜摄影测量；高中低空；无人机
1倾斜摄影测量技术
基于多角度观测的倾斜摄影测量技术（ObliquePhotographyTechnique）是新一代的摄影测量技术。它主要包括倾斜摄影数据获取技术和数据处理技术。倾斜摄影测量技术的数据获取部分一般由四个个倾斜摄影相机和一个垂直摄影相机构成，与GPS接收机、高精度IMU进行高度集成。摄影相机用来提供影像信息，而GPS、IMU则分别提供位置和状态信息。倾斜摄影测量技术使得“非现场”测量和分析可以在倾斜航片上进行，这—突破取决于它通过摄影测量方式获得的垂直正射像片和倾斜正射像片被整合到一个“场景文件”中，而“场景文件”则能够提供对任一构筑物及特征物的多视向、多维度的观察，将地物的观测引入符合人眼视觉的真实直观世界。
2倾斜摄影测量解决方案细分
随着飞行仪器与材料行业的技术进步，以运输机搭载大型航摄仪为主的数据获取方式逐渐被打破。尤其在许多中小型项目实施中，大型运输机的限制太多，不利于成本控制。空域规定的放宽、中低空轻型飞行器价格下降均为倾斜摄影提供更多可能。引入模糊控制和大容量电池技术后，无人机的飞行稳定性更高、续航时间更长，成为超低空精细化建模的最优选择。表1从飞行高度、建模特点及精度等多个方面对倾斜摄影测量的解决方案进行细分。飞行载具与倾斜相机如图1所示。
2.1高空飞行载具与相机
运-12等大型运输机适用于600m以上高度层的航空摄影飞行任务，可携带60kg以上的大型倾斜航摄仪拍摄作业，如徕卡RCD30，TOPDC，SWDC-5等。运输机飞行姿态稳定，飞行时时间长（7h以上），在100km2以上的大面积航空作业中具有显著优势。高空数据获取的优点是：倾斜航摄仪的POS信息精确，对控制点需求少，经过空三匹配后能构建满足测绘级精度的实景三维模型，且单位面积的模型容量小，应用方便。高空数据获取的缺点是：对天气要求高，机场与飞行员拉升作业成本；由于飞行高度原因，拍摄需穿越雾霆层，导致影像颜色失真、单位面积的模型分辨率低。高空飞行方案适用于数字城市、智慧城市建设中的市域建成区三维本底数据获取。
2.2中空飞行载具与相机
出于对模型颜色、分辨率和飞行成本的考虑，采用轻型飞行器的中空飞行方案应运而生。飞行载具采用直升机、动力三角翼等，在300～600m中空作业。所携带倾斜相机由去掉背板的多台单反相机组成，设置有固定倾角石台与同步曝光系统，单日作业15～30km2。中空数据获取优点：场地限制条件少，起降方便，转场快捷，作业高度对军民空域影响小。所构建模型颜色真实，分辨率较高。中空数据获取缺点：动力三角翼飞行受气流影响大、姿态不稳定，所携带的倾斜相机尚无精确的POS解决方案，无POS影像处理会降低实景三维模型精度。中空方案适用于二、三级城市，以及山区、景区等低于70km2的三维本底数据获取。
2.3低空飞行载具与相机
为进一步提高分辨率、颜色信息及降低飞行成本，己研制出无人机挂载微型倾斜相机的数据获取方案。由于无人机滞空时间短、载重有限，因此倾斜相机多采用镜头式相机嵌入钛金石台制成，在300m以下的低空作业，多应用于5～10km2的厂区、高校、景点、建筑群的精细化建模。低空数据获取优点：起降方便、人员少、成本低；飞行姿态稳定，POS数据较准确；构建模型颜色逼真，分辨率高，数据精度较好。低空数据获取缺点：平均每天0.5～1km2，导致大区域建模时的颜色连续性差。
3倾斜摄影数据处理方案
3.1携带高精度POS信息的数据处理
在市面较常见的倾斜航摄解决方案中，倾斜航摄仪与无人机携带的微型航摄系统均具有较高精度的POS数据，有利于精确还原空三网，在无控情况下亦可保证较高的相对精度。该数据适合用街景工厂进行处理，街景工厂的处理原则是满足空三网精度要求后方可进行建模工作，意味着建模前即对模型精度有很好的控制。而Smart3D软件以开源sift算法为建模核心的全程无干预处理，在POS信息薄弱的部分，自动以影像拼接为建模与贴图方案。虽然会取得较好的视觉效果，但会降低模型精度。在POS数据较好的情况下，应以测绘级精度作为三维数据处理目标。
3.2携带弱/无POS信息的数据处理
对于动力三角翼等受气流影响较大的飞行载具，所获取的倾斜影像存在旋偏角大于6°，无准确3E=数据的情况。街景工厂不支持弱\无POS倾斜数据的直接导入，需要在无人机模块（EOless）中粗略恢复初始POS信息，方可进行空三匹配与建模，但效果不甚理想，效率也较低。Smart3D软件可直接处理无POS倾斜影像数据，仅需添加若干控制点进行绝对定位即可，可快速建模，为警务、城管等弱精度应用提供快速解决方案。
4结论
倾斜摄影测量的多种解决方案各有优缺点，应用前要充分考虑到项目工期、成本及成果精度优先还是效果优先等要求，适配最优解决方案。一些应用细节要充分考虑，例如，相机分辨率不能完全代表成像质量，POS系统在多次使用后需要重新校正等。因此，在确定方案后，还应获取小块示范影像数据进行成像质量、模型制作评估，综合考虑后进行项目实施。
参考文献
[1]李德仁，刘立坤，邵振峰.集成倾斜航空摄影测量和地面移动测量技术的城市环境监测[J].武汉大学学报（信息科学版），2015（4）：427-435.
[2]王庆栋.新型倾斜航空摄影技术在城市建模中的应用研究[D].兰州交通大学2013
作者简介：
肖康（1986.3-），男，湖北天门人，武汉大学测绘工程硕士，工程师，单位：天津市测绘院，研究方向：航空摄影，摄影测量与遥感，三维影像制作，工程测量
康冰锋（1984.11-），女，河南偃师人，武汉大学遥感科学与技术学士，工程师，单位：天津中科遥感科技集团有限公司，研究方向：摄影测量与遥感，三维影像制作