无人机倾斜摄影测量技术精度分析

［摘要］目前，无人机倾斜摄影测量技术的三维实景模型精度问题一直是测绘测量人员关注的重点，也是困扰测绘测量人员的重大难题之一。主要简述了无人机倾斜摄影测量技术的实施流程，并在此基础上验证和分析该测量技术成果的精度，希望可对无人机倾斜摄影测量技术的应用实施起到参考作用。

［关键词］测绘测量技术；无人机倾斜摄影测量技术；技术流程；应用情况；精度分析

无人机倾斜摄影测量技术是测绘测量领域非常重要的技术之一，该测量技术属于一种较为先进的获取影像的手段。目前，无人机倾斜摄影测量技术在各个行业被广泛应用。无人机倾斜摄影测量技术在地面分辨率、镜头相机参数以及航摄参数设置、影像获取后建立模型和采编数据等方面均有较高的要求，因此，均需遵照相应的测绘测量技术规则。本文在分析无人机倾斜摄影测量技术方案制订和模型处理流程的基础上，总结无人机倾斜摄影测量技术优缺点，并探索无人机倾斜摄影测量技术今后的应用方向，借助具体应用案例来分析无人机倾斜摄影测量技术的成果精度。

1无人机倾斜摄影测量技术原理分析

倾斜摄影测量技术是测绘测量领域一种全新的测量技术。此种测绘测量技术可实现不同视角同步影像的采集，能保证获取的摄影影像具有较高的分辨率，可辨别出建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。无人机倾斜摄影测量技术可将地、物的真实信息反映出来，该技术与定位技术和建模技术等有机结合，可构建出三维模型。由此实现对被探测对象高精度的监测。

2无人机倾斜摄影测量技术方案制订

2.1确立航摄目标。无人机倾斜摄影测量技术在确定航摄目标时，需开展实地调查，进一步明确成果精度控制指标，确定测区范围内有无禁止飞行的区域，是否包含对航摄不利的因素等。2.2规划航线。航线规划的主要目的是对整个的航摄工作进行整体化的安排，如航摄质量控制、飞行器选择类型、飞行参数的计算及拍摄方式和航线的拟定等。2.2.1设置航高。航高设置需结合测图比例尺和地面分辨率值确定，其中航高H=af×GSD，式中：f为镜头焦距（mm）；相机像元尺寸为a（mm）；影像地面分辨率为GSD（mm）。2.2.2设置飞行速度。无人机在影像数据采集的过程中处于持续性前进的状态，无人机在相机曝光时间会产生相应的像点位移，而飞行速度、地面分辨率以及曝光时间等会影响像点位移。其中飞行速度的计算公式如下：tGSDv×δ=2.2.3设置像片重叠度无人机倾斜摄影测量技术应用中，一般将航向重叠度设置在60%以上。在计算机处理能力较强的情况下，可将航向重叠度适当增大，将重叠影像特征点匹配度提升，由此保障模型精度[1]。2.2.4设置航线。结合测区实地长度、宽度，像幅长度和宽度等可确定航线的长度和宽度，其中实地长度/宽度=像幅长度/宽度（1–航向/旁向重叠度）×（摄影航高/镜头焦距）。2.3选取像控点位。像控点优选对比明显的位置，如果像控点设置在采集区域边缘上，会引起镜头畸变，降低影像真实性，整个测区内尽量布设均匀的像控点；在测区布设条件不佳的情况下，可采取传统的像控点布设方式，将内部加密像控点布设其中，起到进一步提高模型精度的目的。

3模型处理流程

模型处理流程如图1所示。

4无人机倾斜摄影测量技术的优缺点分析

4.1无人机倾斜摄影测量技术的优点。无人机倾斜摄影测量技术的主要优点如下。（1）无人机倾斜摄影测量技术具有较高的机动灵活性。无人机与有人机相比较，前者更加方便灵活，在起降场地上更加容易选择。加上无人机倾斜摄影测量技术体积小等特点，方便运输和携带，因此借助普通的私家车辆就可轻松装卸运输。（2）无人机倾斜摄影测量技术具有较高的生产效率，无论是在生产实景三维模型还是在1∶500测图作业中，无人机倾斜摄影技术生产效率是传统测量技术的数倍甚至数十倍。（3）无人机倾斜摄影测量技术有较高的精度，如倾斜相机分辨率、像控点精度等影响测图成果和模型的精度，其像控点位精度小于2cm，相机分辨率优于1.5cm，得到的成果点位精度可在95%以上。（4）无人机倾斜摄影测量技术干扰因素较少，全站仪数字测量技术易受通视条件的限制，即便是借助免棱镜也很难测量，因此测图精度较低。无人机倾斜测量技术在多视角的基础上可有效解决上述问题[2]。4.2无人机倾斜摄影测量技术的不足。无人机倾斜摄影测量技术的不足之处主要体现在以下方面。（1）无人机倾斜摄影测量技术受航飞空域影响较大。该问题是影响无人机倾斜摄影测量技术应用的主要因素。如果申请空域上按照具体流程进行，在审批周期较长的情况下，就不利于体现出无人机倾斜摄影测量技术机动灵活的优势。（2）无人机倾斜摄影测量技术受天气影响较严重。雨雪、冰雹、雾霾天气都会影响无人机倾斜摄影测量技术的航摄能见度和航飞安全性，进而降低成果精度。（3）无人机倾斜摄影测量技术易受植被覆盖的影响。在植被覆盖较为茂密的地方，需放弃选择此种测量技术。因为茂密的植被会遮盖航摄对象，不利于保证航测后生成模型的精度和质量[3]。

5无人机倾斜摄影测量技术应用方向分析

5.1不动产测绘中的应用。无人机倾斜摄影测量技术应用的领域较广，其中不动产测绘是无人机倾斜摄影测量技术经常使用的领域。在不动产测绘中，很多的宗地出于多种原因不能进入测绘，或者只有协商后才可进入完成测绘作业，这期间不免会耽误很多的时间，不利于保证测量效果，难以提高测绘工作效率。但采用无人机倾斜摄影测量技术可有效解决上述问题，尤其是乡镇区域、低矮建筑物及村庄等非常适合采用无人机倾斜摄影测量技术进行不动产测绘工作[4,5]。5.2工程测量中的应用。工程测量中应用无人机倾斜摄影测量技术的情况是非常多见的。如在1∶2000、1∶1000地形测量中，固定翼无人机航测已经被广泛应用。但在工程测量中无人机倾斜摄影测量技术的应用还存在一些问题，比如在1∶500地形测图中，由于测量精度的问题，固定翼无人机则不可以使用。针对此种问题可选择旋翼无人机倾斜摄影测量模式，该模式可轻松完成1∶500地形测图工作。此外，在水利工程测绘和工程施工测绘中无人机倾斜摄影测量技术也被广泛应用。5.3智慧城市构建中的应用。目前，传统二维电子地图是信息化系统参考底图较为常见的地图模式，传统二维电子地图难以被应用在立体空间信息管理中，对于目前智慧城市的构建起不到强有力的推动作用。针对该问题，可借助无人机倾斜摄影测量技术，在该测量技术的辅助下可得到精度较高的实景三维模型，随后联合移动快速扫描仪可得到更为精确的室内模型和室外模型，由此构建出内外一体化的实景三维模型，实现对立体空间信息的管理。无人机倾斜摄影测量技术在智慧城市中被应用的领域非常广，如税源管理、三维不动产管理、应急管理以及消防安全管理等[6,7]。5.4国土执法中的应用。在国土执法中，通过空三、航飞及建模等方式可得出执法区域内的三维实景模型。随后借助无人机倾斜摄影测量技术定期对执法区域进行航测，可得到即时的实景模型。在多期实景模型的比较中，可分析出不同模型之间的差异，之后国土执法人员可前往航测区域展开实地调查，确定有无违章建筑和违法营地情况。无人机倾斜摄影测量技术在国土执法中的应用可明显提升执法效率，能及时发现问题并加以处理。

6具体应用案例及成果精度分析

本文所选取的研究案例是某市的地籍测量工作，根据调查发现，该镇一共有13个村居，其中包括居委会，6km2为测图面积，203图斑面积为3.72km2，宗地一共有1600宗，地籍测量在一开始时使用全站仪测量，但是很多村民家中无人，在院墙内部无法进入的情况下，影响了全站仪测量工作的展开。即便可进入村民家中，但是在免棱镜不能通视的情况下，不利于保证宗地测量的完整性，为地籍测量工作带来麻烦。针对该问题，改用成无人机倾斜摄影测量技术，本次使用的无人机型号为大疆M600PRO无人机，并配合成都睿铂DG2五镜头相机使用，依靠相应软件完成了三维建模，随后借助天际航DP-Modeler在模型上测图，进行外业调绘并检查。该镇大约用了1.5个月时间完成了全部的地籍测量，工作效率是传统测量模式的2倍以上。测图完成后为检测成果精度情况，随机抽取2个村的成果进行实地检查。其中绝对精度上采用全站仪，图根点采用像控点，对界址点坐标进行采集。相对精度检查采用钢尺进行实地丈量，与图上距离进行比较。绝对精度检查中共采集了450个点，在检核后发现1.4%为粗差率，3.3cm为中误差，合格率为98.7%。相对精度检查中共丈量了632条边，合格率为98.8％，与地籍调查规程要求相一致。说明无人机倾斜摄影测量技术有较高的三维模型精度[8,9]。

参考文献

[1]王蒙.倾斜摄影测量用于1∶500测图技术研究[J].测绘与空间地理信息，2018，41（11）：181–184.

[2]魏来.无人机倾斜摄影技术在1∶500带状地形图测量中的试验及分析[J].测绘与空间地理信息，2018，41（9）：160–163.

[3]孙凤娜.倾斜摄影测量技术在矿产地质测量中的应用研究[J].世界有色金属，2019（20）：54–55.

[4]张小宁.测绘新技术在农村不动产权籍测量中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2019（19）：194，196.

[5]王超.无人机倾斜摄影测量在矿山测绘中的应用[J].世界有色金属，2019（11）：252–253.

[6]孙运彬，李志刚.无人机、倾斜摄影在公路测量中的应用[J].中小企业管理与科技，2018（27）：194–196.

[7]孙少楠，张瑞，于景波，等.倾斜摄影技术与BIM技术结合在水利工程地形处理中的研究[J].中州大学学报，2018，35（6）：100–105，127.

[8]吕剑.无人机倾斜摄影测量在矿山地质环境调查中的应用[J].地矿测绘，2019，35（1）：39–41.

[9]JINGHONGREN，XUANCHEN，etal.FutureProspectsofUAVTiltPhotogrammetryTechnology[J].IOPConferenceSeries：MaterialsScienceandEngineering，2019，612（3）：032023（7pp）.

作者:高润喜 单位:包头铁道职业技术学院