游赟 郭瀚林 梁平 钱济人 季寿宏

【摘  要】近年来，无人机倾斜摄影及实景复现技术被广泛应用。然而，目前企业在实际生产建设中并没有关于其成熟的作业流程及管理制度，这无疑会带来一系列问题。因此，论文分析了研究该技术的全流程实现路径，搭建了无人机倾斜摄影与实景复现技术全流程作业模型，对企业的相关作业具有一定的指导意义。

【Abstract】In recent years， UAV tilt photography and realistic reproduction technology has been widely used. However， there is no mature operation process and management system in the actual production and construction of enterprises， which will undoubtedly brings a series of problems. Therefore， the paper analyzes and researches the whole process realization path of this technology and builds a whole process operation model of UAV tilt photography and realistic reproduction technology， which has certain guiding significance for the relevant operations of enterprises.

【關键词】无人机;工程领域;倾斜摄影;三维实景复现

【Keywords】UAV; engineering field; tilt photography; 3D realistic reproduction

【中图分类号】P231                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）03-0181-02

1 引言

近年来，科技的飞速发展对勘察测绘、施工建设、能源安全等传统工程领域提出了更高的技术要求。而目前跨行业应用最活跃的技术当属行业级无人机所衍生的各种相关技术，其中，无人机倾斜摄影与实景复现技术应用最为广泛。无人机高度集成化的作业极大减少了企业人力、物力、财力的投入，并且作业产出具有更高程度的可复盘性与可解释性。然而，目前整个作业流程并没有成熟的规范和标准，这会导致其中某些环节出现问题进而影响产出质量甚至导致事故的发生。因此，本文基于其全流程作业进行探讨与研究。

2 倾斜摄影与实景复现技术在企业应用的现状

2.1 在管道勘察方面的应用

对于敷设在野外的石油与天然气管道的勘察工作来说，无论是早期建设阶段的定位放线还是运营阶段的高后果区、地质灾害评价，无人机倾斜摄影与实景复现技术都可以发挥巨大作用。通过无人机倾斜摄影可以安全、高效、全方位地获取管道路由及周边的地理信息，同时，实景复现所产出的高还原度模型可以提供更加有效的决策支持。图1为挂载三镜头倾斜摄影相机的大疆M600型无人机。

2.2 在电力巡检方面的应用

倾斜摄影与实景复现技术极大地提高了电力维抢修的效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了作业人员的人身安全以及供电安全[1]。同时，由于无人机作业不受地形等因素影响，使得险峻山区段“巡检难”的问题得以解决[2]。

2.3 在地籍测绘方面的应用

传统的地籍测绘工作具有机动性差、费时费力以及测绘结果精度低等特点。而将无人机倾斜摄影与实景复现技术应用于此可以更好地满足实际需求，尤其是对于其中宗地的地籍界址点、权属界线、土地面积、土地用途等的定位与定性具有不可替代的优势[3]。因此，此技术的出现为地籍测绘工作带来了新的契机。

3 倾斜摄影与实景复现技术的特点

倾斜摄影与实景复现技术具有很多不可替代的优势，主要体现在对企业所投入的人力、物力、财力等方面的“轻量化”上。

3.1 高程度的作业自动化与集成化

作业人员只需要做好航点设置、航线规划等无人机作业前准备工作即可，不需要深入现场亲自作业。作业全程中，由无人机代替作业人员按照预先设置好的“既定工作流程”严格执行作业。

3.2 适应多种作业场景的高机动化

无人机在倾斜摄影作业过程中不受环境的限制[4]，在险峻山区、多河流、强电、有毒气体等恶劣作业环境中，相较于人工作业具有不可替代的优势。它不仅可以避免作业人员在作业过程中发生意外，而且还可以高效地解决传统作业中由于人工作业而不可避免导致的局限性。

3.3 高质量化及高解释化的作业产出

无人机倾斜摄影及实景复现技术通过Pix4D、PhotoScan、ContextCapture等建模软件进行三维建模作业，最终产出具有高还原度的三维模型。产出的模型不仅高度还原了实际地物的各种细节特征，而且还可以在模型上进行参数测量、填挖方分析、环境动态分析等操作，对于决策支持具有极大的帮助作用。

4 作业流程搭建及研究

4.1 外业无人機倾斜摄影工作流程

①无人机作业前的准备工作。在作业前，工作人员需要进行一定的准备工作，包括：无人机作业区域、起落航点、航高、航线等参数的设置，这是在前期对作业区域情况调查的基础上进行的。作业区域可以在Google Earth上划分再导入飞控软件，这可有效解决因信号微弱而导致的地图底图缺失的问题;起落航点尽量选择开阔地带以确保无人机起降的安全性;航线由影像重叠率决定，一般设置旁向75%，航向85%即可确保作业质量[5];航高的设置依据作业区域当地的航空管制规定。②无人机作业中的必要工作。在作业过程中，操作人员无需人工干预。但需要注意无人机在空中的姿态以及可能发生的突发事件（例如，电量不足、电磁干扰等问题）以便采取相应措施。③无人机作业后的评价工作。完成作业后，需要将倾斜摄影获取的影像及POS数据导出进行检查。需要检查每个镜头拍摄的照片数量是否一致、照片是否出现畸变、POS数据是否完整等。如果有必要，则进行该部分的补飞作业。

4.2 内业实景复现工作流程

①数据校准。内业工作人员取得外业数据后，首先需要将数据进行校准。主要包括影像数据批量编码、畸变数据分离、POS数据对齐等操作，经校准后得到有效数据。②空中三角运算（Aero-Triangulation）。将有效数据导入ContextCapture等软件中提交空中三角运算，此时软件内置算法会自动将数据进行平差解算，以得到所需的密集点云模型（Dense Point Cloud），如图2所示，如果模型畸变则重新提交空中三角运算来平差解算。③构建TIN模型。构建TIN模型时，为了提高模型精度，需要先对密集点云模型进行处理，主要包括优化像素的数据匹配、删除冗余像素点等操作。对于解算出的TIN模型需要进行一定的三角网和曲面的优化。④自动纹理贴图运算。ContextCapture基于瓦片技术，将整个建模区域分割成若干瓦片，分别将单个瓦片进行实景纹理映射[6]，然后再将它们拼接成整体的三维模型并输出，如图3所示。实际生产中，推荐在局域网组成“1+n”主、辅机模式集群建模机组来进行生产以提高建模效率。

4.3 无人机倾斜摄影与实景复现技术作业全流程的实现

基于上述分别对无人机倾斜摄影与实景复现技术的外业、内业两个作业方面的研究分析，可以得到其全流程作业实现模型，如图4所示。

5 结语

无人机倾斜摄影与实景复现技术的全流程作业的实现可以分为两大部分，外业无人机倾斜摄影作业和内业三维实景复现作业。通过将无人机与挂载倾斜摄影相机、集群机组、自动化建模软件等硬件和软件的结合，可以高效产出高质量的三维实景模型，为勘察测绘、施工建设、能源安全等传统工程领域提供高效决策支持。

【参考文献】

【1】钱金菊，潘子宇，麦晓明，等.基于多传感器融合的无人机电力线巡检[J].测控技术，2021，40（1）：100-104+131.

【2】罗泽雄，刘秀，罗志勇，等.高精度无人机在变电站巡检中的应用[J].工程技术研究，2020，5（23）：244-245.

【3】袁玉勇.无人机倾斜摄影测量在土地综合整治中的应用[J].工程技术研究，2020，5（9）：255-256.

【4】Restas A.Drone applications for supporting disaster management[J].World Journal of Engineering and Technology，2015，3（3）：316.

【5】Gupta S K，Shukla D P.Application of drone for landslide mapping， dimension estimation and its 3D reconstruction[J].Journal of the Indian Society of Remote Sensing，2018，46（6）：903-914.

【6】王文敏，王晓东.基于ContextCapture Center平台的城市级实景三维建模技术研究[J].测绘通报，2019（S1）：126-128+132.