王福麗，韋 鋮，紀海英，李宇博

(1.青島城市學(xué)院，山東 青島 266106； 2.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266000；3.青島市海陸地理信息集成與應(yīng)用重點實驗室，山東 青島 266000)

無人機測繪儀器體積較小，攜帶輕便，測量過程方便快捷，可實現(xiàn)測區(qū)的多次重點測量監(jiān)測，較以往傳統(tǒng)測繪更經(jīng)濟、更安全[1-2]。無人機傾斜攝影技術(shù)可獲取高分辨率影像，構(gòu)建實景三維模型，結(jié)合三維立體量測技術(shù)[3]，可將測繪成果數(shù)據(jù)從二維空間升至三維空間，全方位、立體化地采集綜合竣工要素。該測量和數(shù)據(jù)處理方法有助于提高工作效率，降低測量工作勞動強度[4]。

1 無人機傾斜攝影

該過程是按照設(shè)計方案將具有高清鏡頭的相機安裝在無人機上進行測量。對航攝儀鏡頭方向進行設(shè)置，可以實現(xiàn)多個角度的高清照片拍攝，照片影像可以提取測區(qū)的POS數(shù)據(jù)。在獲得地面控制點的高精度點位坐標后，可通過軟件獲得測區(qū)的實景三維模型。根據(jù)實際項目需求，提取測區(qū)測點的點云數(shù)據(jù)、DOM等成果。

低空無人機進行攝影測量時，外業(yè)測量的無人機飛行高度應(yīng)比飛機等飛行器的攝影測量高度要低，以提高像片的重疊度。創(chuàng)建模型時，除了必要觀測之外，還需要較多的觀測數(shù)據(jù)。應(yīng)通過高精度的地面控制測量獲得地面控制點坐標，結(jié)合控制點坐標重新建立三個維度的模型，再進行數(shù)據(jù)處理，可獲得精度較高的測點坐標數(shù)據(jù)。

1.1 像控點的布設(shè)

在無人機傾斜攝影實施過程中，像片控制點的布設(shè)極為重要。采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方法，在測區(qū)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的控制點，結(jié)合實際地形及像片數(shù)據(jù)，粗略設(shè)定像片控制點的位置。具體選取時要在平坦整齊且測量標志較明顯的地面上。常見的有道路斑馬線上的拐角頂點、行車道箭頭直角交點、籃球場地的垂直相交的點等。如果測量區(qū)域沒有較明顯的特征點，需在攝影測量之前在地面人為設(shè)置較穩(wěn)定的像片控制點標志。

1.2 低空無人機航空攝影

測區(qū)位于某城區(qū)姜山鎮(zhèn)，地勢平坦。外業(yè)航空攝影通過四旋翼飛行平臺，搭載超清航拍相機，鏡頭方向垂直地面拍攝一組影像，得到地物頂面紋理；鏡頭方與垂直方向成45°夾角拍攝，分別獲取地物前后左右4個方向的側(cè)面紋理，獲取5個角度的高分辨率影像數(shù)據(jù)。無人機飛行控制在離地面105 m的垂直距離，航行方向的重疊設(shè)置為80%，垂直于航行方向設(shè)置為75%的重疊。整個項目方案需設(shè)置28條航線，采集影像1 384張。航飛前布設(shè)5個外業(yè)像控點及4個檢查點，用于空中三角測量的解算及其精度驗證。

2 實景三維模型的建立

將無人機傾斜攝影獲取的多角度影像數(shù)據(jù)，利用Smart3D自動建模技術(shù)完成實景三維模型的創(chuàng)建。

2.1 創(chuàng)建過程

創(chuàng)建項目。進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，通過布爾莎七參數(shù)模型將原始 POS 數(shù)據(jù)由WGS84大地坐標系轉(zhuǎn)換為青島市2000國家大地坐標系，將高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到1985國家高程系統(tǒng)。加載無人機影像數(shù)據(jù)，導(dǎo)入處理后的POS數(shù)據(jù)及高精度的控制點數(shù)據(jù)，建立Smart3D工程。

傾斜攝影空中三角測量。提交第一次空中三角測量，進行自由網(wǎng)空中三角測量；根據(jù)高精度的像控點數(shù)據(jù)，進行刺點工作，完成區(qū)域網(wǎng)空中三角測量，獲取精確的外方位元素，獲取加密點三維坐標。

實景三維模型生成。該過程是將上一步驟獲得的成果按塊分成多個模型，獲取高密度的點位數(shù)據(jù)，創(chuàng)建三個維度的模型，結(jié)合由5個角度采集的紋理上的數(shù)據(jù)生成三個維度的實景模型。

2.2 1∶500綜合竣工圖測繪

本地三維傾斜模型的加載。該過程采用EPS數(shù)據(jù)處理軟件，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能將生成的三個維度的實景模型轉(zhuǎn)換成數(shù)字表面模型，分別加載本地傾斜模型(DSM模型)和本地超大影像數(shù)據(jù)(DOM影像)，實現(xiàn)三維模型和二維影像的聯(lián)動?；诒镜貎A斜模型的空間信息，直接進行地形要素的空間量算及三維坐標采集。從整體上采集道路信息、房屋信息，在局部上采集對應(yīng)的附屬實施信息，如管道線路、獨立點的高程等。該方案可對采集的房檐信息進行糾正，使調(diào)繪工作更簡單，提高成果輸出效率。

外業(yè)補繪與調(diào)繪?；趦?nèi)業(yè)處理的三維模型及相關(guān)數(shù)據(jù)進行總體檢查，對相關(guān)區(qū)域進行外業(yè)測繪，以實現(xiàn)核查和補充。對內(nèi)業(yè)實景三維模型無法測量、辨認的地物，通過現(xiàn)場外業(yè)調(diào)繪進行實地確認，包括以下幾種情況：利用軟件內(nèi)業(yè)進行地物、地貌的基本信息判讀，需對相關(guān)數(shù)據(jù)進行核實、確定性質(zhì)、錯誤改正；因三個維度的實景模型發(fā)生形狀變化或不夠清晰，導(dǎo)致地物、地貌信息無法準確獲取；軟件創(chuàng)建的模型中有些地物走向及彼此之間的連接方式無法正確辨別；內(nèi)業(yè)處理無法實現(xiàn)實際地物注記信息判讀，如道路名稱、廠房名稱等；外業(yè)調(diào)繪必須實測一定量的檢核點，用于精度評定。

3 精度分析

3.1 空中三角測量精度

經(jīng)過空三加密處理，自由網(wǎng)的精度為0.86pix。通過空中三角測量生成控制點和檢核點的精度報告可知，控制點水平中誤差為0.010 m，高程中誤差為 0.001 m，點位中誤差為0.010 m。檢核點位在水平方向的誤差為0.039 m，垂直誤差為0.041 m，位置誤差為0.057 m。

3.2 平面及高程精度分析

平面精度。根據(jù)外業(yè)實測特征點的平面坐標與實景三維模型上同名點的平面位置比較進行平面精度檢查，并進行統(tǒng)計分析。對項目中的20個點的坐標進行分析，根據(jù)相關(guān)平差計算獲得的位置精度在平面上均不超過0.15 m，中誤差為0.087 m，符合綜合竣工技術(shù)要求。

高程精度。該過程是通過同一測點在內(nèi)業(yè)三個維度的實景模型中的高程坐標與其在外業(yè)實際測量獲得的高程坐標比較計算，采用上述的20個測點的高程數(shù)據(jù)進行分析，中誤差為0.048 m，高程誤差的最大值為0.06 m，符合綜合竣工測量的技術(shù)要求。

4 結(jié)語

將低空無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于綜合竣工測量，結(jié)合青島某城區(qū)綜合竣工測量進行了相關(guān)方案設(shè)計及實施。該方案可以建立三個維度的實景模型，通過高精度的像片控制點糾正，在內(nèi)業(yè)即可實現(xiàn)綜合竣工要素的繪制。對該項目中的測點進行統(tǒng)計分析，驗證了該方案設(shè)計符合綜合竣工技術(shù)要求，為該城區(qū)綜合竣工測量提供了一種新的解決方案。