鄭向東 妙丹

摘 要：像控點(diǎn)布設(shè)對無人機(jī)傾斜攝影測量精度起著至關(guān)重要的作用，本文通過消費(fèi)級無人機(jī)獲取建筑區(qū)影像數(shù)據(jù)，并設(shè)計5種布點(diǎn)方式，通過比較不同布點(diǎn)方案制作的模型精度，得出結(jié)論：五點(diǎn)法布設(shè)完全能滿足建筑區(qū)精度要求，同時在樓層高的區(qū)域附近增加像制點(diǎn)可以提高高差較大建筑區(qū)的模型精度。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜攝影;像控點(diǎn)布設(shè);五點(diǎn)法;高差較大建筑區(qū)

無人機(jī)在測繪行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，低成本、高速靈活等特性使其被越來越多的測繪機(jī)構(gòu)采用，無人機(jī)傾斜攝影相比普通航空攝影，能更充分的采集建筑物側(cè)面信息，為后續(xù)三維建模提供豐富的紋理信息，但是由于其數(shù)據(jù)量巨大，算法復(fù)雜，大大提升處理難度，但是隨著計算機(jī)軟件、硬件不斷發(fā)展，專業(yè)理論知識的不斷更新，這些不利因素相反可能會變成有利因素，推進(jìn)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)步。像控點(diǎn)布設(shè)對傾斜攝影模型精度起著至關(guān)重要的作用，傾斜攝影模型基于像控點(diǎn)布設(shè)的無人機(jī)傾斜攝影精度優(yōu)化，相關(guān)研究比較多。劉宇碩等人對冰川區(qū)的像控點(diǎn)布設(shè)進(jìn)行了相關(guān)研究[1]，井然結(jié)合了水利水電工程項(xiàng)目，研究了像控點(diǎn)布設(shè)方案的優(yōu)化[2]。桑文剛總結(jié)出符合街區(qū)、校園尺度的小區(qū)域三維模型精度的合理的像控點(diǎn)布設(shè)模式[3]。但是對于高差較大的建筑區(qū)如何布設(shè)像控點(diǎn)，目前還缺少相關(guān)研究。本文以此為切入點(diǎn)，通過設(shè)計5種控制點(diǎn)布設(shè)方案對比建筑區(qū)三維模型精度，為高差較大建筑區(qū)提出合理可行的像控點(diǎn)布設(shè)方案。

1.像控點(diǎn)布設(shè)方法和原則

像控點(diǎn)布設(shè)應(yīng)充分考慮測區(qū)情況，盡量均勻分布，但是在高差較大建筑區(qū)，很難達(dá)到均勻分布，保證像控點(diǎn)最大距離不超過200米，同時要求像控點(diǎn)點(diǎn)位清晰，顏色對比鮮明，標(biāo)記易于保存，大小適中。

五點(diǎn)法：即在測區(qū)四周布設(shè)4個像控點(diǎn)，測區(qū)內(nèi)部根據(jù)測區(qū)實(shí)際情況，布設(shè)一個像控點(diǎn)。

2研究區(qū)及數(shù)據(jù)獲取

研究區(qū)為西安市高新區(qū)某建筑小區(qū)，研究區(qū)內(nèi)地勢較為平坦，總面積約為16萬平方米，南北長約400米，東西寬約400米，區(qū)域內(nèi)建筑物高低落差較大，共有12棟建筑，其中最高建筑分布在測區(qū)西南角，高度65米，其余建筑高度均為20米。在測區(qū)內(nèi)利用無人機(jī)傾斜攝影采集照片1780張，航攝參數(shù)見表1。

3像控點(diǎn)布設(shè)方案

結(jié)合測區(qū)大小、地形和樓層高度，本次研究區(qū)共布設(shè)像控點(diǎn)14個平高點(diǎn)，設(shè)計了5種像控點(diǎn)布設(shè)方案。

3.1像控點(diǎn)布設(shè)

（1）布設(shè)方案1：該方案以K15、K14、K11、K2為控制點(diǎn)，其余點(diǎn)位為檢核點(diǎn)，主要目的驗(yàn)證測區(qū)4個角點(diǎn)布設(shè)像控點(diǎn)的三維模型精度（圖1）

（2）布設(shè)方案2（五點(diǎn)法）：該方案以K15、K14、K11、K2、K9為控制點(diǎn)，其余點(diǎn)位為檢核點(diǎn)，該方案與方案1相比，增加一個內(nèi)部點(diǎn)，但是K9點(diǎn)偏向K14、K15點(diǎn)位，驗(yàn)證三維模型精度（圖2）

（3）布設(shè)方案3（五點(diǎn)法）：該方案以K15、K14、K11、K2、K10為控制點(diǎn)，其余點(diǎn)位為檢核點(diǎn)，該方案與方案2相比，刪除K9點(diǎn)，增加K10點(diǎn)，K10位于測區(qū)正中央，驗(yàn)證三維模型精度（圖3）

（4）布設(shè)方案4（五點(diǎn)法）：該方案以K15、K14、K11、K2、K5為控制點(diǎn)，其余點(diǎn)位為檢核點(diǎn)，該方案與方案3相比，將K10點(diǎn)更換為K5，K5位于測區(qū)最高樓附近，驗(yàn)證三維模型精度（圖4）

（5）布設(shè)方案5：該方案以K15、K14、K11、K2、K9、K10為控制點(diǎn)，其余點(diǎn)位為檢核點(diǎn)，該方案與方案3相比，增加一個內(nèi)部點(diǎn)K9，驗(yàn)證三維模型精度（圖5）

3.2三維模型構(gòu)建

本文結(jié)合商業(yè)軟件Context Capture進(jìn)行空三加密， Context Capture是使用特征點(diǎn)匹配，它自動采集同名像點(diǎn)，不依賴原始姿態(tài)，能夠適應(yīng)傾斜數(shù)據(jù)各種因拍攝角度變化引起的尺度變換，完成空三加密，通過精度報告，分析各個方案模型精度并構(gòu)建三維模型，得到三維模型成果如圖6 所示。

4 結(jié)果統(tǒng)計與分析

根據(jù)城市測量規(guī)范，檢測點(diǎn)點(diǎn)位不足20個，取算數(shù)平均值作為精度指標(biāo)，5種方案均滿足精度要求，如表2所示。

從三維中誤差來看，精度最高的為方案4，從平面中誤差來看，精度最高為也是方案4，從高程種誤差來看，精度最高為方案5。方案2較方案1增加一個中心控制點(diǎn)，有效的提高了平面、高程及三維精度;方案2、3、4為五點(diǎn)法中不同分布位置的展示，精度最高的為方案4，因?yàn)榉桨?布設(shè)在測區(qū)最高樓周邊，其次精度最高為方案2，因?yàn)閮A斜攝影測量匹配精度最高位置為測區(qū)中央，方案3并未對整體精度有提升，相反方案2提高了整體精度，從距離來看，方案2離測區(qū)中央變遠(yuǎn);方案5增加兩個點(diǎn)，高程精度最高，但是整體三維精度模型不是最高。

5結(jié)論

針對高差較大建筑區(qū)無人機(jī)傾斜攝影測量，提高三維模型精度，可采用五點(diǎn)法布設(shè)，在測區(qū)四周布設(shè)4個像控點(diǎn)，測區(qū)內(nèi)最高樓附近布設(shè)一個像控點(diǎn)，可以提高整體模型精度，如果想單一提高模型高程精度，可在模型內(nèi)布少量高程像控點(diǎn)。從整體來看，五點(diǎn)法已經(jīng)完全滿足精度，增加過多像控點(diǎn)，并未提高精度，而且不經(jīng)濟(jì)，合理分布像控點(diǎn)點(diǎn)位比像控點(diǎn)本身網(wǎng)型更為重要。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉宇碩，秦翔.控制點(diǎn)布設(shè)對冰川區(qū)無人機(jī)攝影測量精度的影響. 遙感學(xué)報， 2020，24（2）：612～712.

[2] 井然.無人機(jī)攝影測量技術(shù)像控點(diǎn)布設(shè)方案研究. 東華理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，42（1）：86～90.

[3] 桑文剛，李娜.小區(qū)域消費(fèi)級無人機(jī)傾斜攝影像控點(diǎn)布設(shè)及建模精度研究，測繪通報，2019，10：93～96.

[4] 朱進(jìn)，丁亞洲，陳攀杰，等.控制點(diǎn)布設(shè)對無人機(jī)影像空三精度的影響.測繪科學(xué)， 2016， 41（ 5） ： 116 ～ 119.

[5] CJJ/T 8-2011. 城市測量規(guī)范[S].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2011.

[6] 李萬能， 唐慶忠， 陳黎. 無人機(jī)航攝像控點(diǎn)數(shù)量對空三解算精度的影響[J]. 測繪通報，2017（S1）：90-95+105.

[7] 買小爭，楊波，馮曉敏. 無人機(jī)航攝像控點(diǎn)布設(shè)方法探討[J].測繪通報， 2012（ S1） ： 268-271.

作者簡介： 鄭向東（ 1987—） ，男，碩士，主要研究方向?yàn)閿z影測量與遙感。