聞彩煥

（河北省地質(zhì)測繪院 河北，廊坊，065000）

0 引言

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)航測新技術(shù)，具有快速、高效、成本低等特點(diǎn)。目前，國內(nèi)外已有多家企業(yè)和單位研究了傾斜攝影測量自動(dòng)化三維建模技術(shù)，取得了巨大的成果，如Context Capture、Street Factory、Pix4DMapper、Agisoft Photoscan、 Skyline PhotoMesh、 PhotoMetric、SkyPhoto、SmartDPS等。

基于傾斜攝影測量實(shí)景三維模型形成的各類數(shù)據(jù)成果已在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]-[7]，如規(guī)劃設(shè)計(jì)、古建筑測繪、應(yīng)急指揮、電力選線、景區(qū)展示、城鎮(zhèn)地籍、房產(chǎn)測繪、智慧城市等。

從像控點(diǎn)布設(shè)、無人機(jī)傾斜攝影、空中三角測量、實(shí)景三維模型建立、空間信息采集整個(gè)無人機(jī)傾斜攝影測量過程中，像控點(diǎn)布設(shè)是一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，也是外業(yè)成本投入比較大的部分，直接影響到空中三角測量精度、實(shí)景三維模型精度以及空間信息采集精度，從而影響到后期的數(shù)字產(chǎn)品。

目前有學(xué)者針對傾斜攝影測量中像控點(diǎn)布設(shè)方法做了研究[8]-[15]，然而只是在單一分辨率、單一比例尺地形圖下進(jìn)行的研究，沒有推廣性。本文利用傾斜攝影測量技術(shù)獲取多分辨率傾斜攝影影像，采用不同像控點(diǎn)布設(shè)密度方式進(jìn)行空中三角測量、建立實(shí)景三維模型、空間信息采集，通過對比、統(tǒng)計(jì)、分析不同分布方案對空中三角測量精度、模型精度、空間信息精度的影響，從而得出了在不同影像分辨率下像控點(diǎn)布設(shè)方案，為不同比例尺地形圖測繪、地籍測繪、房產(chǎn)測繪提供建議和指導(dǎo)。

1 像控點(diǎn)布設(shè)原則

像控點(diǎn)布設(shè)的一般原則為：

布設(shè)方式：航攝前布設(shè)地面標(biāo)志，以提高刺點(diǎn)精度，增強(qiáng)外業(yè)控制點(diǎn)的可靠性[16]。

布設(shè)模式：均勻分布、格網(wǎng)布設(shè)。

布設(shè)位置：沒有遮擋的、影像清晰的目標(biāo)；盡量是平整、水平的，不要選有高差的斜坡上；易于識別的細(xì)小線狀地物交點(diǎn)、明顯地物拐角點(diǎn)，如道路交角；與周圍環(huán)境色差小、與地面有高差、成像不清晰等可能引起刺點(diǎn)誤差的，均不能作為像控點(diǎn)；像控點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)具備適宜的GPS的觀測環(huán)境，避開大功率電磁輻射裝備，避開大面積水面。

布設(shè)標(biāo)志：利用制作好的標(biāo)志進(jìn)行布設(shè)。每次做完像控點(diǎn)拍2-4張不同視點(diǎn)的照片，照片中有參照物，以便內(nèi)業(yè)定位準(zhǔn)確。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況

2.1 研究區(qū)域

試驗(yàn)區(qū)域位于廊坊市某城鎮(zhèn)，測區(qū)面積大概3平方公里，地貌平坦，起伏不大，水系、交通、居民地、管線、植被等地物要素類型豐富。

2.2 像控點(diǎn)布設(shè)

按照前述的像控點(diǎn)布設(shè)原則進(jìn)行布設(shè)，布設(shè)模式為采用航向、旁向150m布設(shè)的格網(wǎng)布局模式，共布設(shè)像控點(diǎn)172個(gè)。像控點(diǎn)平面控制測量坐標(biāo)系統(tǒng)為CGCS2000國家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準(zhǔn)。

像片控制點(diǎn)的測量使用河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（CORS），儀器使用Trimble公司的R8雙頻GPS接收機(jī)，腳架對中，采用GNSS-RTK技術(shù)進(jìn)行施測，平面和高程同時(shí)測定，觀測兩測回，兩測回結(jié)果取平均值作為像控點(diǎn)測量最終成果。

2.3 多角度影像獲取情況

采用搭載五臺4240萬像素傳感器傾斜相機(jī)的多旋翼無人機(jī)進(jìn)行傾斜攝影。根據(jù)區(qū)域的形狀和范圍，航線按東西方向、不同高度進(jìn)行航攝，共計(jì)飛行31架次，獲取傾斜影像如表1所示。

表1 傾斜影像數(shù)據(jù)

2.4 空中三角測量

內(nèi)業(yè)通過像控點(diǎn)的抽稀、刪減等，分別按照150米、300米、450、600米的布設(shè)距離進(jìn)行不同分辨率、不同布設(shè)方案的空中三角測量。

像控點(diǎn)量測，即刺點(diǎn)環(huán)節(jié)。為保證空三精度，確保像控點(diǎn)所在像片清晰，像控點(diǎn)位置接近于像片中心，每個(gè)像控點(diǎn)分布在不同視角，每個(gè)視角至少3個(gè)以上像片進(jìn)行刺點(diǎn)。區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算結(jié)束后，輸出共計(jì)16種方案的空中三角測量精度報(bào)告。

2.5 實(shí)景三維模型與空間信息采集

分別進(jìn)行不同試驗(yàn)方案的三維模型重建工作。利用ContextCapture軟件系統(tǒng)建立16種方案的實(shí)景三維模型。基于OSGB實(shí)景三維模型和DOM影像，利用清華山維EPS2008采編一體化三維測圖系統(tǒng)進(jìn)行空間信息采集。

空間信息采集的對象主要包括建筑物、道路、獨(dú)立地物的平面位置和高程。

3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果與分析

3.1 空中三角測量精度分析

平差計(jì)算后，連接點(diǎn)的重投影差都在1個(gè)像素內(nèi)?？刂泣c(diǎn)整體中誤差都在1個(gè)像素內(nèi)，見表2。從表2可以看出，分辨率在2cm（含）以內(nèi)，隨著像控點(diǎn)密度的稀疏，空三加密精度降低，像控點(diǎn)布設(shè)距離為150米時(shí)精度最高。分辨率為3cm時(shí)候，像控點(diǎn)的稀疏和空三加密精度呈現(xiàn)相反關(guān)系，即隨著像控點(diǎn)密度的稀疏，空三加密精度反而有所增加，像控點(diǎn)布設(shè)距離為300-450米基本穩(wěn)定。5cm時(shí)，隨著像控點(diǎn)密度的稀疏，空三加密精度反而增高，像控點(diǎn)布設(shè)距離在450m之后趨于穩(wěn)定，成本、效率、精度三者結(jié)合，像控點(diǎn)布設(shè)距離為600m更合適。

表2 空三加密控制點(diǎn)整體中誤差 單位（cm）

3.2 三維模型精度分析

模型精度誤差表見表3所示，依照《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》要求，全部符合精度要求。從表3可以看出，2cm（含）以內(nèi)，隨著像控點(diǎn)密度的稀疏，模型的平面精度和高程精度整體呈現(xiàn)降低趨勢，像控點(diǎn)布設(shè)距離為150m時(shí)，平面和高程精度最高。分辨率為3cm時(shí)，模型的平面精度和高程精度整體呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，像控點(diǎn)布設(shè)距離300m距離達(dá)到精度最高。在分辨率為5cm時(shí)，隨著像控點(diǎn)密度稀疏，模型精度在像控點(diǎn)布設(shè)密度為450m之后趨于穩(wěn)定，成本、效率、精度三者結(jié)合，像控點(diǎn)布設(shè)距離為600m更為合適。

表3 模型精度誤差 單位(m)

3.3 空間信息采集精度分析

在測區(qū)范圍內(nèi)測取了168個(gè)平面檢查點(diǎn)和179個(gè)高程檢查點(diǎn)，野外測量出點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)室內(nèi)獲取點(diǎn)坐標(biāo)，統(tǒng)計(jì)兩者之間的較差，計(jì)算中誤差，獲取平面和高程精度，見表3。可以看出，分辨率在1.5m以內(nèi)，隨著像控點(diǎn)密度的稀疏，空間信息采集的平面精度和高程精度整體呈現(xiàn)降低趨勢，并且平面精度高于高程精度，在150m距離時(shí)，平面和高程精度最高。在分辨率為2cm時(shí)，空間信息采集的平面精度和高程精度整體呈現(xiàn)降低趨勢，像控點(diǎn)布設(shè)距離為300m時(shí)，平面精度和高程精度接近，結(jié)合實(shí)際平面精度要求更高的實(shí)際需求，像控點(diǎn)布設(shè)距離采取150m更為合適。在分辨率為3cm時(shí)，空間信息采集的平面精度和高程精度整體呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，平面精度高于高程精度，像控點(diǎn)布設(shè)距離在300m距離達(dá)到平面精度和高程精度最高。在分辨率為5cm時(shí)，空間信息采集的平面精度和高程精度整體呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，高程精度高于平面精度，成本、效率、精度三者結(jié)合，像控點(diǎn)布設(shè)距離為600m比較合適。

表4 采集數(shù)據(jù)精度統(tǒng)計(jì)表 單位(cm)

4 結(jié)論

本文通過分析多傾斜影像分辨率條件下的不同像控點(diǎn)分布密度對空三加密精度、實(shí)景三維模型精度以及空間信息采集精度的影響，得到最優(yōu)的方案，結(jié)論如下：

（1）從空三精度，模型精度，以及空間信息采集精度分析，分辨率在2cm(含)以內(nèi)，隨著像控點(diǎn)密度的稀疏，空三加密、模型采集、空間信息采集平面和高程精度精度降低，像控點(diǎn)布設(shè)距離為150米時(shí)空間信息采集精度最高。

（2）3cm時(shí)，空三加密、模型采集、空間信息采集平面和高程精度在300米-450米趨于平穩(wěn)狀態(tài)，像控點(diǎn)布設(shè)距離為300m距離時(shí)平面精度和高程精度最高。

（3）5cm時(shí)，隨著像控點(diǎn)密度的稀疏，空三加密精度反而增高，模型精度、空間信息采集的平面精度和高程精度整體呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，從成本、效率、精度三者結(jié)合來說，像控點(diǎn)布設(shè)距離為600m更為適合。

各種方案的平面精度都在10cm以內(nèi)，高程精度都在10公分以內(nèi)，根據(jù)地形圖測繪、地籍、房產(chǎn)測繪需求，可以得到如下結(jié)論：

（1）對于1：500比例尺地形圖測繪，考慮成本、效率、精度，像控點(diǎn)布設(shè)距離300m情況下，影像地面分辨率3cm，重疊度80%-70%時(shí)都能達(dá)到規(guī)范精度要求。

（2）對于1：1000比例尺地形圖測繪、地籍測繪，像控點(diǎn)布設(shè)距離600m，影像地面分辨率5cm，重疊度80%-70%時(shí)都能達(dá)到規(guī)范精度要求。

（3）對于房產(chǎn)測繪，影像地面分辨率不低于2cm，像控點(diǎn)布設(shè)距離不少于150m，重疊度不低于80%-70%時(shí)能達(dá)到房產(chǎn)測繪二級界址點(diǎn)精度要求。能夠使用該方式進(jìn)行房產(chǎn)二級點(diǎn)以下的測繪。