肖永東

摘要：斜攝影測量技術(shù)作為一門快速發(fā)展的測繪技術(shù)，在高效作業(yè)的同時，成圖精度也不斷得到改善，為大比例尺地形圖的測繪提供了一個有效的選擇。本文通過實例對無人機傾斜攝影測量在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用進行了框架上的論述，并通過必要的精度分析，驗證了其應(yīng)用的可靠性。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量；無人機；三維建模；大比例尺地形圖

1、引言

作為一種體現(xiàn)地形具體空間分布的圖件，地形圖尤其是大比例尺地形圖在國家安全、國民經(jīng)濟建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用。隨著空間數(shù)據(jù)獲取方式的演進，雖然全站儀、RTK等數(shù)字化測圖技術(shù)相較傳統(tǒng)成圖技術(shù)有了很大的效率提高，但是，其最本質(zhì)的作業(yè)方式依然是工作人員必須到達現(xiàn)場，具有很大的應(yīng)用局限性。近年來，基于航空攝影測量理論，側(cè)重于小區(qū)域、大比例尺測繪技術(shù)的無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)，以其模型生產(chǎn)速度快、精度高、機動性強、空域申請相對簡單等眾多優(yōu)點，在地形圖測繪領(lǐng)域快速得到大量應(yīng)用。無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)可以獲取測區(qū)的真三維模型，直接在模型上進行空間信息的獲取，全面提升地理信息獲取的精度、廣度和深度。

2、無人機傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是近年來測繪領(lǐng)域快速發(fā)展起來的一項新技術(shù)，傾斜攝影測量主要從垂直和傾斜共五個不同方向?qū)τ跋駭?shù)據(jù)進行采集，在攝像的同時記錄航速、航向、航高、縱向重疊和旁向重疊等空中姿態(tài)信息，在獲取影像數(shù)據(jù)后，利用傾斜攝影測量軟件系統(tǒng)對傾斜影像、POS數(shù)據(jù)和地面控制點數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)處理并獲得測區(qū)的數(shù)字表面模型。作為一套完整的空間數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，包括了無人飛行平臺系統(tǒng)、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)等六大部分。在數(shù)據(jù)處理上，常見的傾斜攝影測量軟件包括ContextCapture、PhotoScan、Pix4Dmapper及Smart3D等。

3、傾斜攝影測量技術(shù)測圖流程

基于無人機傾斜攝影測量技術(shù)的大比例尺地形圖測繪工作主要包括：

3.1 基礎(chǔ)資料準備

包括對測區(qū)的基本地形條件進行熟悉，獲取測區(qū)的相關(guān)資料，如可用的老地形圖，控制點數(shù)據(jù)等，根據(jù)測區(qū)地形高差情況進行航線設(shè)計，工作時間安排；所采用無人機型號選擇，無人機功能性檢測，攝像機參數(shù)獲取等。

3.2 像控點布設(shè)

像控點在測區(qū)的分布狀況、數(shù)量及精度是影響傾斜攝影測量結(jié)果精度的主要影響因素，在野外布點方面，一般選擇特征明顯、易于識別、容易到達且不易被破壞的點位，有時輔以人工制作特征點位。目前在實際應(yīng)用中，多是使用區(qū)域網(wǎng)布點的方法，即像控點沿著區(qū)域網(wǎng)四周按一定跨度布設(shè)平高控制點，內(nèi)部再布設(shè)若干排高程點，其布設(shè)密度應(yīng)嚴格按照《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》來安排。

3.3 無人機航空攝影

在基礎(chǔ)工作完成之后，即可實施野外攝影。在攝影時，應(yīng)根據(jù)測區(qū)大小、方向、測區(qū)高差及攝影比例尺、航向重疊度（70%-80%）、旁向重疊度（60%-70%）等要求進行航線設(shè)計，必要時要進行分區(qū)。在實際攝影采集時，多用五鏡頭攝像頭，其中一個正攝，其余四個傾斜，但考慮到成本原因，有時也采用單鏡頭相機的方法進行拍攝，只是這種拍攝方法需要通過不斷調(diào)整角度，持續(xù)飛行3-5個架次才能滿足要求。

3.4 內(nèi)業(yè)三維建模

外業(yè)攝影作業(yè)完成后，需要及時將數(shù)據(jù)導(dǎo)出轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)處理，內(nèi)容包括：

（1）數(shù)據(jù)檢查：主要檢查航攝作業(yè)的飛行質(zhì)量以及所拍攝影像質(zhì)量，如實際影像重疊度、像片傾角和旋角、航線彎曲度，攝取覆蓋范圍、影像的清晰度、像點位移等。如果檢查內(nèi)容不滿足內(nèi)業(yè)規(guī)范和作業(yè)任務(wù)要求，則應(yīng)根據(jù)實際情況重新擬定飛行計劃對局部區(qū)域補飛或重飛。

（2）空三加密：目前在無人機傾斜攝影測量內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程中，通常采用光束法區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差的方法，也稱聯(lián)合平差。聯(lián)合平差的基本原理是對運用兩種不同觀測手段得到的數(shù)據(jù)進行平差，將控制點坐標數(shù)據(jù)和像片的POS姿態(tài)數(shù)據(jù)作為外方位元素的初始值進行聯(lián)合平差。

（3）實景三維模型建立：基于原始影像及空三成果，即可使用Pix4Dmapper等內(nèi)業(yè)處理軟件生成三維模型及派生數(shù)據(jù)，包括DOM、DSM（含DEM）、數(shù)字點云等數(shù)據(jù)。

3.5 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集

實景三維模型生產(chǎn)完成后，應(yīng)使用像控點和檢查點對模型精度進行檢查。模型精度符合相關(guān)規(guī)范要求后，采用相關(guān)數(shù)據(jù)采集平臺，如清華山維EPS三維測圖等進行地形數(shù)據(jù)采集，作業(yè)模式采用先內(nèi)后外的模式生產(chǎn)。其主要作業(yè)流程如圖：

4、實例及精度分析

以曲靖市麒麟?yún)^(qū)某片區(qū)1：500傾斜攝影測量為例，測區(qū)大小3KM2，形狀基本規(guī)則，東西走向。采用華測P550六旋翼無人機搭載五鏡頭一次性數(shù)據(jù)采集方案。因地勢相對平緩，且測區(qū)面積適中，故只分出一個測區(qū)。測區(qū)共布設(shè)像控點27個，檢查點64個，共獲取像片約5000張。內(nèi)業(yè)建模采用了 Context Capture平臺。建模完成后，采用EPS三維測圖軟件平臺進行了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集與編輯處理，最后成圖。期間，因少量地區(qū)植被茂盛，進行了必要的外業(yè)補測。

為驗證測繪成果的平面位置精度及高程精度，在本項目實例中，共選取了206個地物特征點，用RTK實測了其平面坐標及高程，并將測量結(jié)果與圖上相應(yīng)位置的坐標值進行比較，并用中誤差計算公式計算地物點的中誤差，通過剔除少量幾個粗差，最終計算所得平面中誤差為±0.05m，高程中誤差為±0.09m，完全滿足1：500地形圖精度要求。

5、結(jié)論

無人機傾斜攝影測量方法因其快速便捷、效率及精度高、數(shù)據(jù)全面且干擾因素少等有點，為大比例尺地形圖測繪提供了一個更加有效的手段，可以預(yù)見，在今后的測繪領(lǐng)域中，將會被大規(guī)模使用。但同時，也因其平臺穩(wěn)定性、作業(yè)范圍與數(shù)據(jù)量等原因，限制了其在國家基礎(chǔ)測繪等大面積作業(yè)項目的推廣應(yīng)用，且對數(shù)據(jù)處理計算機硬軟件有了更高的要求。在實際項目中，應(yīng)該要根據(jù)自身的條件選擇最合適的測繪方法。

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（作者單位：云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院）