黃文新

摘?要：傳統(tǒng)的地形圖繪制工作存在耗時(shí)長(zhǎng)、現(xiàn)勢(shì)性低、效率低、成本高等問(wèn)題亟待解決。三維模型基于EPS平臺(tái)繪制大比例尺地形圖，可有效地改善地形圖繪制工作存在的困難，為地形圖繪制工作提供新技術(shù)、新方法。該文結(jié)合在南寧某測(cè)區(qū)的大比例尺地圖制圖項(xiàng)目為背景，研究了基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影的大比例尺地圖制圖，研究結(jié)果表明，三維模型紋理清晰、結(jié)構(gòu)較為完整、真實(shí)性強(qiáng)；模型空三解算后的控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)的平面、高程精度均可以滿足1：500比例尺的精度要求；基于EPS平臺(tái)繪制的大比例尺地形圖精度滿足1：500地形圖成圖精度要求，即利用三維模型基于EPS平臺(tái)繪制大比例尺地形圖是一種省時(shí)、成本低、效率高、精度有保障的新方法。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)傾斜攝影?大比例尺??地圖制圖??精度分析

中圖分類號(hào)：P231????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research?on?1：500?Cartography?Based?on?UAV?Tilt?Photography

HUANG?Wenxin

（Guangxi?Zhenkai?Technology?Co.，?Ltd.，?Nanning，?Guangxi?Zhuang?Autonomous?Region，?530200?China）

Abstract：?The?problems?of?long?time，?low?current?situation，?low?efficiency?and?high?cost?in?the?traditional?cartography?need?to?be?solved?urgently.?Using?3D?models?to?draw?large-scale?topographic?maps?based?on?the?EPS?platform?can?effectively?improve?the?difficulties?in?cartography?and?provide?new?technologies?and?methods?for?cartography.?Based?on?the?large-scale?;cartography?project?in?a?survey?area?in?Nanning，?this?paper?studies?large-scale?cartography?based?on?UAV?tilt?photography.?Results?show?that?the?3D?model?has?clear?texture，?relatively?complete?structure?and?strong?authenticity，?the?plane?and?elevation?accuracy?of?control?points?and?inspection?points?of?the?model?after?aerotriangulation?solution?can?meet?the?accuracy?requirements?of?1：500?scale，?and?that?the?accuracy?of?the?large-scale?topographic?map?drawn?based?on?the?EPS?platform?meets?the?mapping?accuracy?requirements?of?the?1：500?topographic?map，?that?is，?using?3D?models?to?draw?large-scale?topographic?maps?based?on?the?EPS?platform?is?a?new?method?with?time-saving，?low?cost，?high?efficiency?and?guaranteed?precision.

Key?Words：?UAV?tilt?photography;?Large?scale;?Cartography;?Accuracy?analysis

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)測(cè)繪行業(yè)發(fā)展的一門新的測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)多角度采集地面影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成區(qū)域?qū)嵕叭S模型成果，解決了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量技術(shù)只能獲取正射影像成果，而不能獲取完整的地形地物地貌等信息[1]。利用無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)搭載五鏡頭相機(jī)可以從垂直、前視、后視、左視、右視五個(gè)角度獲取完整且精確的地面信息，根據(jù)獲取的高精度地面影像數(shù)據(jù)生成實(shí)景三維模型，向用戶展示一個(gè)切合實(shí)際的直觀世界。通過(guò)該技術(shù)建立的實(shí)景三維模型精度高，模型細(xì)節(jié)表達(dá)好，建模速度快，在一定程度上減小了三維模型的生產(chǎn)成本。因此，傾斜攝影三維建模技術(shù)在數(shù)字城市、礦區(qū)地表移動(dòng)變形監(jiān)測(cè)以及古建筑修復(fù)中得以廣泛應(yīng)用[2]。

該文提出使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖生產(chǎn)工作，全面的介紹了該技術(shù)的系統(tǒng)組成、工作原理及三維建模系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)組成。結(jié)合工程實(shí)例，采用中海達(dá)iFly-V5飛行系統(tǒng)進(jìn)行傾斜攝影數(shù)據(jù)采集，通過(guò)Context?Capture軟件平臺(tái)生產(chǎn)測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型，研究了兩種不同飛行系統(tǒng)進(jìn)行傾斜攝影三維建模時(shí)的精度問(wèn)題，然后基于EPS行大比例尺地形圖繪制工作，最后對(duì)地形圖成圖進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，并構(gòu)建傾斜攝影大比例尺地形圖測(cè)繪質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。數(shù)字化城市發(fā)展進(jìn)程越來(lái)越快，數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)能夠?yàn)楦餍懈鳂I(yè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障，所以本文的研究，能夠?yàn)槟壳盁o(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于大比例尺地形圖繪制工作提供一定參考價(jià)值。

1?項(xiàng)目概述

此項(xiàng)目位于南寧市郊區(qū)，測(cè)區(qū)總面積約為1.5km2。測(cè)區(qū)北部是菜地園地等農(nóng)用地為主，測(cè)區(qū)南部是集中連片的村屋為主（如圖1所示）。項(xiàng)目采用使用中海達(dá)iFly-V5無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)搭載索尼α5100五鏡頭集成相機(jī)進(jìn)行拍攝，其中正射鏡頭焦距為25mm，四個(gè)旁向鏡頭焦距為35mm[3]。以固定翼飛行器為基礎(chǔ)，在起降及低速狀態(tài)下配合四旋翼飛行，克服重力及氣動(dòng)阻力進(jìn)行飛行，以簡(jiǎn)單可靠的方式解決了固定翼無(wú)人機(jī)垂直起降、起降點(diǎn)環(huán)境限制等難題?[4]。

2?項(xiàng)目實(shí)施

2.1?技術(shù)路線

結(jié)合測(cè)區(qū)北部和南部的特點(diǎn)，提出了利用縱橫中海達(dá)iFly-V5無(wú)人機(jī)進(jìn)行無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測(cè)繪大比例尺地形圖的作業(yè)方案，技術(shù)路線如圖2所示。

測(cè)區(qū)面積1.5km2，實(shí)際飛行面積2.8km2，共計(jì)飛行2架次，航飛高度250m，航向及旁向重疊率80%，布設(shè)像控點(diǎn)共24個(gè)，地面分辨率為3.5cm。此次航飛所得數(shù)據(jù)計(jì)劃使用EPS2016三維測(cè)圖軟件按照航測(cè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)1∶500地形圖。

2.2?測(cè)區(qū)成果

此項(xiàng)目采用Bentley公司的Context?Capture全自動(dòng)三維建模系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建真三維模型，與其他建模軟件一樣，該建模系統(tǒng)也是基于圖形運(yùn)算單元GPU可以實(shí)現(xiàn)快速建立三維場(chǎng)景的運(yùn)算軟件[5]。Context?Capture軟件的建模原理是將航測(cè)系統(tǒng)從幾個(gè)不同角度獲取的一組或者幾組靜態(tài)目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)源，然后在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置各種可選擇的輔助數(shù)據(jù)，例如：攝像頭的屬性、照片的地理位置、控制點(diǎn)等，再利用該全自動(dòng)三維建模軟件進(jìn)行解析處理，最終輸出實(shí)用性強(qiáng)、紋理清晰且效果真實(shí)的真三維模型。

將獲取的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，設(shè)置相機(jī)參數(shù)。在相應(yīng)的圖像中標(biāo)記控制點(diǎn)及檢查點(diǎn)，經(jīng)過(guò)特征點(diǎn)提取、空中三角測(cè)量、點(diǎn)云加密處理，再根據(jù)點(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，建立三維模型，同步將多角度獲取的紋理信息與之貼合，最終得到測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型，如圖3所示。

基于測(cè)區(qū)所獲的實(shí)景三維模型，利用EPS2016三維測(cè)圖軟件平臺(tái)三維測(cè)圖模塊通過(guò)雙屏模式同時(shí)加載實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)和正射影像數(shù)據(jù)，二三維聯(lián)動(dòng)一體化進(jìn)行地形圖測(cè)繪，內(nèi)業(yè)成圖后，進(jìn)行必要的外業(yè)調(diào)繪[6]。主要步驟分為五步，如圖4所示。

其中，地形圖勾繪結(jié)果如圖5示。

在屬性賦值時(shí)，需注意的是農(nóng)村梯屋普遍存在，因部分梯屋造型復(fù)雜會(huì)引起插件計(jì)算面積錯(cuò)誤，需要根據(jù)針對(duì)復(fù)雜梯屋單獨(dú)計(jì)算的方式處理建筑面積，圖6中建筑物結(jié)構(gòu)（A、B、C、D）可通過(guò)構(gòu)建的實(shí)景三維模型進(jìn)行判定，再依靠外業(yè)巡圖確定。

3?精度分析

3.1?精度要求

本測(cè)區(qū)從點(diǎn)位、邊長(zhǎng)、高程和建筑物面積4個(gè)方面進(jìn)行成果精度分析。其中點(diǎn)位、邊長(zhǎng)、建筑物面積精度對(duì)比是將基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲取的房屋角點(diǎn)與實(shí)地野外測(cè)量得到的房屋角點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。1：500地形圖精度要求：地物點(diǎn)位中誤差±15cm；臨近地物點(diǎn)間距中誤差±10cm，高程中誤差不得大于±15cm。

3.2?點(diǎn)位精度分析

選取地形圖中房屋角點(diǎn)和外業(yè)實(shí)測(cè)（檢測(cè)）的同名點(diǎn)進(jìn)行分析，最大點(diǎn)位誤差為0.169m，最小點(diǎn)位誤差為0.007m，所有檢核點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為0.061m，可滿足1：500地形圖精度要求。

3.3?邊長(zhǎng)精度分析

選取地形圖中房屋邊和外業(yè)實(shí)測(cè)（檢測(cè)）邊進(jìn)行分析，最大邊長(zhǎng)誤差為0.11m，最小邊長(zhǎng)誤差為0.00m，所有檢核邊的邊長(zhǎng)中誤差為0.052m，可滿足1∶500地形圖精度要求。

3.4?高程精度分析

選取地形圖中高程點(diǎn)和外業(yè)RTK實(shí)測(cè)（檢測(cè)）的同名點(diǎn)進(jìn)行分析，如表1所示。最大高程誤差為0.147m，最小高程誤差為0.007m，所有檢核點(diǎn)的高程中誤差為0.043m，可滿足1∶500地形圖精度要求。

3.5?面積精度分析

選取地形圖中房屋面和外業(yè)實(shí)測(cè)、經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算而得的對(duì)應(yīng)屋面進(jìn)行分析。最小面積誤差為0.06m2，最大面積誤差為14.91m2，所有檢核房屋面的面積相對(duì)誤差的中誤差為1.71%，可滿足城市更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)誤差比例小于或等于5%的精度要求。

4?結(jié)語(yǔ)

該文以南寧市某村為例，提出了將無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于大比例尺地形圖中，證明了無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可滿足1∶500地形圖測(cè)圖要求，并且能夠很好地輔助內(nèi)業(yè)人員繪圖工作，提高內(nèi)業(yè)工作效率。

參考文獻(xiàn)

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