傾斜航攝技術小知識之航線設計

傾斜攝影技術是國際攝影測量領域近十幾年發展起來的一項高新技術，該技術通過從不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的高精度三維模型。該技術已經廣泛應用于應急指揮、國土安全、城市管理、房產稅收等行業。
傾斜三維模型質量是一個系統的工程，要想獲得比較理想的三維模型效果，傳感器、航線設計、像控點布測、數據獲取、數據處理等各個環節均應嚴格把控質量，這里結合飛馬機器人公司的D-OP300傾斜航攝系統，簡單的介紹一些傾斜數據獲取過程中的一些小知識，以幫助大家更好的理解我公司的產品，更好的了解傾斜航攝技術。

此篇重點介紹傾斜航線技術中一個重要的環節，那就是傾斜航攝的航線設計，航線設計主要是結合用戶需求設置合適的航攝因子，主要包括地面分辨率（GSD）、航高、航向重疊度、旁向重疊度、航線外擴等，引申出來的航攝因子有攝影基線（拍照間距），航線間距等。

一、地面分辨率（GSD）

在數碼相機航攝時統一都使用GSD（Ground Sample Distance）概念。使用數碼相機航攝時，航線設計以GSD為出發點，先由成圖比例尺確定GSD，進而確定航高。在高差較小的地區航攝時，成圖比例尺與GSD的對應關系如下表所示：

需要強調一點就是：傾斜航線設計一般以下視相機作為航線設計的基準。

二、航高

對于無人機搭載的數碼相機而言，其焦距是購置時已知的，通常有50mm、35mm和24mm等幾種，用于傾斜航攝儀的鏡頭焦距一般是組合存在的，用于輕小型無人機上的傾斜航攝儀的下視相機的焦距一般有20mm、25mm、28mm、35mm等幾種。焦距的大小直接與航攝時的航高相關。

單像元大?。?地面分辨率GSD=焦距f/航高H，則：H=GSD*f/＆

從上式可以看出，相同GSD條件下，＆/f小的數碼相機，所需的航高較高，對天氣條件要求比較苛刻。

三、重疊度

傾斜航攝的重疊度一般要求比現階段的傳統正射的重疊度要高一些，經過大量的實測數據驗證，兼顧了作業效率和模型效果，我公司所有機型搭載的多拼傾斜航攝儀的默認的航向重疊度和旁向重疊度為80%*65%。

我公司雙相機、單相機用于傾斜數據獲取的時候，結合特殊的航線類型，航向重疊度和旁向重疊度略有變化為80%*80%。

四、航線外擴

傾斜航攝儀常見的是由五個單相機組合形成，數據獲取時為了獲取到測區范圍內完整的側面紋理，傾斜航攝儀的航線一般要完整覆蓋測區需要在航向和旁向均超出一定的距離，航向方向一般是以攝影基線數量衡量，旁向方向上一般以航線數量（旁向間距）衡量。

攝影基線、旁向間距的長度與重疊度、像素數和地面分辨率有關，計算方法如下：

以選定索尼A6000相機為例，假設以傳感器長邊垂直于飛行方向（見下圖），航向重疊度80%，旁向重疊度65%，設定地面分辨率為0.02米。

攝影基線B=4000*（1-80%）*0.02米=16米

旁向間距L=6000*（1-65%）*0.02米=42米

傾斜航線設計時，為保證數據完整、有效獲取，可以根據側視相機傾斜角度和視場角的關系，計算出航向和旁向覆蓋超區分區邊界線理論值為

式中，P為航向或旁向重疊度；θ為傾角；β為視場角。

在實際飛行中，由于大氣等各因素的影響，航向或旁向覆蓋超出邊界線的實際值一般按照基線數=理論值+2、航線數=理論值+1進行計算。

隨著技術及應用的發展，越來越多的大面積傾斜任務，因無人機航程及控制半徑原因，需要對較大測區進行劃分，無人機管家智航線中會自動對大區域進行劃分同時考慮區塊間的重疊度，保證效率最大化。

無人機管家大區域航線示意圖

五、變高航線設計

三維模型的質量最重要的因素就是分辨率；另外傾斜攝影的模型高程精度一般是地面分辨率（GSD）的三倍，如果生成的正射影像的分辨率是5cm，那模型的高程精度基本就是15cm,最大限差為2倍中誤差即30cm，所以為了得到滿足精度要求的傾斜模型，GSD就有一定的限制。

對于丘陵、山區、高山區、由于存在一定的高差，如果按照等高的形式進行航線設計，為了保證飛機安全，則會受到測區內最高點的高程的影響，一般會按照測區最高點的高程+安全距離的方式完成航線設計，這種航線設計的方式明顯增加了飛行高度，降低了GSD，進而降低了高程精度及模型質量，而且這種情況會隨著測區高差的變化而發生變化。

如上圖所示，為了解決這種問題，需要專門結合地形設計一種變高航線，最大程度上做到以相對較低且一致的航高，獲取測區內GSD相對一致的傾斜數據，滿足用戶對于高精度、高分辨率的需求。

D200變高航線

六、建筑高度引入航線設計

航攝飛行過程中，航線設計時主要采用的是地形圖的高程信息，未引入人為構建的獨立地物、建筑物等高度，若測區出現高度高于相對航高的獨立地物或建筑物，很容易出現撞機事故，引發飛機墜毀，嚴重情況下引起人身財產損失。所以將建筑物的高度引入航線設計中很有必要。

另外，當測區建筑較高的時候，建筑屋頂會在影像中形成較大的投影差，如下圖所示，單純考慮地面物體的重疊度必然導致建筑屋頂出現漏洞，需要結合相對航高、重疊度以及建筑高度等方面的相關因素加以分析。

圖1 投影差示意圖

圖2 建筑高度與重疊度關系

我們在進行航線設計的時候將建筑高度引入航線設計中，尤其是引入進傾斜航線設計中，在進行航線設計的過程中輸入測區的最高建筑的高度，通過調整重疊度，尤其是旁向重疊度，以達到測區最高點以及最高建筑頂部的重疊度都能滿足要求，這種航線設計的對策對于保證數據的有效獲取，避免模型出現漏洞具有明顯的優勢。

無人機管家智航線支持建筑物高度輸入及航高限制、重疊度提醒