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摘要：张祖勋院士团队针对精细化测量需求提出的贴近摄影测量技术。本文在这些研究的基础上，将贴近摄影测量技术应用于应急测绘，基于大疆无人机及大疆建模软件，改良技术方法，优化作业流程，数倍提升数据生产效率，能实现应急测绘现场在有限的条件下快速提供精细的贴近摄影测量模型，满足应急测绘快速提供保障服务的需求，也为贴近摄影测量在其他领域研究提供参考。

关键词：贴近摄影测量，应急测绘，无人机，航线设计，快速建模

1引言

近年来基于无人机的低空摄影测量技术受到广泛关注，由于低空无人机航测系统具有使用成本低、机动灵活、载荷多样性、用途广泛、操作简单、安全可靠等优点，在现代测绘行业中发挥着越来越多的作用，

然而，当前无人机多用于航空摄影，从空中向地面进行拍摄，现有无论是单相机的垂直摄影还是五相机的倾斜摄影测量，这种“对地观测”的摄影测量系统都不能满足“岩崩、滑坡”等应急测绘的要求，于是，将相机直接对着受灾的坡面进行摄影测量，可以很好的解决了这个问题。利用多旋翼无人机进行贴近飞行，近距离获取地面或物体表面的高清影像是一个全新的技术，将得到更精细的“岩崩、滑坡”三维模型，支撑应急测绘应急处置分析的需要。

2贴近摄影测量简介

近摄影测量是张祖勋院士团队针对精细化测量需求提出的全新摄影测量技术，这项技术是区别于垂直航空摄影测量、倾斜摄影测量的第三种摄影测量方式，它利用旋翼无人机或者其他载体对准贴近物体表面 （一般5米～50米）摄影，获取高清影像，再进行摄影测量处理，从而恢复被摄对象的精确坐标和精细形状结构，高度还原地物地貌精细结构。

3贴近摄影测量常规应用方法

3.1常规作业流程

贴近摄影测量技术常规思路为“先粗后细”的原则，“粗”是指先获取目标物体整体的倾斜摄影三维模型，影像分辨率相对较粗，“细”是指根据地形准确的设计三维航飞航线，让无人机更加接近目标物体，对准目标物体获取的影像分辨率更细。最后融合处理，输出既保留倾斜摄影整体“粗”的场景，又融合贴近摄影测量“细”的立面或坡面。技术流程设计图如下：

3.2常规贴近摄影测量应用技术在应急测绘保障中存在的不足

在应急测绘保障任务执行过程中，我们发现由“粗”到“细”的贴近摄影测量生产模式，因为需要提前采集目标对象的倾斜摄影数据，并完成常规倾斜摄影三维建模，在此基础上再进行贴近摄影测量，中间耗时长，不满足应急测绘“反应快”的需求，需要改进方法，减少中间过程。

在贴近摄影测量模型重建方面，倾斜摄影数据和贴近摄影数据融合时，一是主流建模软件ContextCapture在匹配两种数据质量不高，需要人工转刺特征点辅助匹配，二是两种数据融合建模时间较长，加快建模速度只能靠集群计算机处理，而在应急测绘现场没有这样的硬件条件，需要将数据发回数据中心处理，数据“跑路”浪费不少时间；三是模型质量不高，贴近摄影测量成果相较于倾斜摄影测量成果有所改善，但没有发挥出贴近拍摄影像毫米级分辨率的优势。因此，在贴近摄影测量数据处理方面也需要改进方法，提高影像匹配成功率，提高建模速度。

4. 贴近摄影测量快速应用关键技术研究

4.1贴近摄影测量数据采集

通过对无人机的各类飞行方式进行测试研究，最终选择斜面飞行方式来完成贴近摄影测量数据采集。在应急测绘任务现场，使用两台无人机同时作业，一台执行常规倾斜摄影任务，另一台采用斜面飞行采集贴近摄影测量数据。斜面航线作业针对目标区域为斜面或立面的场景，通过A、B、C三点确定目标平面进行作业规划及执行。现场将无人机飞至所需位置，使用无人机定位设定构成斜面的A、B、C三点的位置及高度，或通过导入KML文件添加点，并设置外扩距离等参数，软件将根据这些参数自动生成对应的飞行区域及航线。调用并执行作业后，飞行器将按照航线自动飞行完成飞行区域的作业。该作业类型适用于诸如边坡、建筑物立面等场景建模，实现斜面或立面摄影测量的数据采集。

使用该方法的优点是规划斜面航线就在现场进行，由有经验的飞手操控无人机定位飞行面，根据现场情况确定贴近航拍参数。由于灾害现场情况复杂，当无人机按斜面飞行不安全时，可以采取人工手动拍摄方法，模拟斜面飞行方式，保障飞行安全的前提下，完成贴近摄影测量影像拍摄。

4.2数据融合处理优化

使用常规方法需要分别完成倾斜摄影的空三测量和贴近摄影的空三测量，再进行空三合并，合并成功后进行模型重建。通过对国内外多种模型重建软件进行研究测试，最终选取大疆智图软件完成倾斜摄影和贴近摄影数据融合建模。

经过多次测试，大疆智图软件对常规的倾斜摄影影像处理效率非常高，特别是在地质灾害应急测绘保障任务中，一般地质灾害范围小，模型重建也不需要集群计算就能完成。另外大疆智图对倾斜摄影数据和贴近摄影测量数据融合处理效果也非常好，为了有效的评估大疆智图对贴近摄影测量数据处理速度和质量，我们使用同样的样本数据，同一台数据处理设备，同市场上主流的倾斜摄影测量处理软件——ContextCapture和smart3D进行比较。

样本情况：常规倾斜摄影测量影像613张，贴近摄影测量影像442张，总共1055张影像。

经测试对比，大疆智图完成贴近摄影测量建模总耗时3小时左右，效率是其他软件3倍以上。模型质量方面，ContextCapture建模纹理质量不高，且建模结构存在空洞，瞰景Smart3D和大疆智图建模纹理质量良好，模型结构完整。综合对比，大疆智图建模效率高，模型质量好，更符合应急测绘对于数据快速处理的需求。

4.3小结

（1）优化数据采集技术。改进技术方法前，先到现场采集一次倾斜摄影数据，利用“粗”的建模数据规划三维航线，再第二次到现场采集贴近摄影数据。改进技术方法后，只需到现场一次，即可完成倾斜摄影数据和贴近摄影数据采集，省去了大量中间等待建模规划贴近航线的时间，简化流程，提高效率。

（2）优化内业建模方法。原方法为提升建模效率，快速响应，需要使用集群计算机进行建模，而应急测绘现场通常没有这个处理条件。改进作业方法后，使用大疆智图进行模型重建，支持高性能笔记本运算，可以不使用集群计算机，生产贴近摄影测量成果效率提升了3倍，适合在应急测绘现场实现快速建模。

通过创新技术方法，优化作业方式，总体上实现了到达应急测绘现场后快速响应，2到4小时内完成贴近摄影测量，快速提供分析数据。

5.应用前景

通过创新技术方法，优化作业方式，不仅能高效获取反映地质灾害处坡面或里面细节的实景三维模型，还降低了应急测绘现场作业硬件要求，提高贴近摄影测量成果生产效率，总体上实现了应急测绘现场后快速响应，2到4小时内完成贴近摄影测量，在争分夺秒的应急测绘保障任务中，为政府或救援部门更加快速地提供用于危险性评估和数据分析的高精细成果，有效提升了应急测绘保障能力，产生了良好的经济效益和社会效益。而且该技术中可以使用市场上价格相对低廉的飞行器和数据处理软件，降低了应用门槛，再通过训练和练习，即可掌握，易于推广。

参考文献：

[1]李润芝．基于近景摄影测量与三维激光扫描技术的山地边坡变形 监测［D］．焦作： 河南理工大学，2014

[2]张祖勋．贴近摄影测量的由来与含义[R].武汉：武汉大学，2019．

[3]言司．独辟蹊径，不断创新贴近摄影测量： 第三种摄影测量方式的诞生－专访武汉大学遥感信息工程学院张祖勋院士[J].中国测绘2019.

[4]基于旋翼无人机的贴近摄影测量方法：中国，CN 110006407[P].2019-07-12.

基金项目：湖南省自然资源科技计划（2020-31）