无人机倾斜摄影测量在地形图测绘的应用

摘要：针对无人机垂直摄影生产大比例尺地形图精度难以满足规范要求的问题，本文提出利用无人机倾斜摄影建模技术生产实景三维模型数据，然后使用清华三维EPS软件进行地形图采集的作业流程。通过实例验证，本文所提到的方法可以满足1:500大比例尺地形图精度要求，为地形图生产提供了一种高效的办法，具有一定的实用性。

关键词：无人机倾斜摄影；摄影测量；实景三维模型；EPS软件；

大比例尺地形图传统的1:500地形图生产都是通过利用GPS-RTK外业实测完成的，这种作业方式具有效率低、风险高、工期长、费时费力、成本高等特点。随着无人机技术的迅速发展和软件算法的不断优化，利用无人机挂载单镜头相机获取影像，然后利用摄影测量软件进行空中三角测量解算，导入像控点进行平差调整，将虚拟空三坐标成果转为目标坐标系下的成果[1-3]。利用地形图采集软件，在虚拟环境下，通过恢复空三成果获得立体像对，然后进行地形图采集，这种作业方式较传统的全外业方式，具有风险低、工期较短、省时节资的特点，可以满足1:1000地形图精度的要求，但是很难满足1:500地形图精度要求，且无人机相机均是采用非量测相机，影像畸变大，像幅小，效率也不高[4-6]。采集方式是基于立体像对采集，这种作业方式对作业员的技术水平要求高，也有一定的局限性。随着无人机荷载能力的提升和倾斜摄影技术的出现，无人机倾斜摄影建模成为测绘产品生产的主流作业方式，倾斜摄影自动化生产的模型，具有真实、高精度的特点[7-9]。本文首先介绍了无人机倾斜摄影的原理和建模技术，然后以实际项目为例，对无人机的航线规划、像控点布设以及采集、影像获取进行了说明，对作业中主要用到的软件进行了简单介绍，重点讲解了模型生产和地形图采集，并通过外业实测检测点，利用同精度检测的方法对生产的地形图精度进行了检测，结果表明，精度可以满足1:500的地形图精度要求。这种作业方式，精度高、效率高、外业调绘工作少，风险低，是很实用的一种作业方式。

1无人机倾斜摄影技术介绍

1.1无人机倾斜摄影原理

无人机倾斜摄影测量是指在无人机飞行平台上挂载多镜头相机，完成对地面多角度的数据采集任务。常见的有武汉大势智慧挂载的摇摆两镜头、陕西飞盟的扫摆九镜头以及赛尔、睿铂等的固定五镜头，其中以五镜头最为常见。五镜头相机，包括一个下视相机，四个侧视相机，下视相机主要从垂直角度采集地面影像，无法采集建构筑物侧面信息，而四个侧视镜头，分别从前、后、左、右四个角度对建构筑侧面信息进行采集，弥补了不同角度采集影像的不足。

1.2无人机倾斜摄影建模技术

无人机倾斜摄影建模是指利用建模软件，对获取的影像数据进行自动化或半自动化处理，得到“一张皮”的实景三维模型。实景三维模型具有精度高、纹理真实、立体效果强、所见即所得的特点。常见的国外建模软件有Bentley的ContextCapture，美国skyline公司的photomesh，俄罗斯的PhotoScan，国产的主要有上海瞰景科技的Smart3D2019，中测智绘的Mirauge3D等，本次实验使用的是上海瞰景科技的Smart3D2019。

2基于倾斜摄影的大比例尺测图流程

基于倾斜摄影的大比例尺测图主要包括航线规划、像控点喷绘与采集、数据获取、空中三角测量、实景三维模型生产、地形图采集、调绘与编辑、整理与提交，具体流程见图1.

3实际项目验证

3.1数据获取

3.1.1任务区概括。任务区地形属于山地，测区面积约1.5平方公里，测区范围内，高差约150米，一到二层房屋面积约占测区的2/3，其余以地形为主，地形较裸露。3.1.2航线规划。结合已有的无人机性能和测区地形，将任务区分为2个架次，旁向、航向重叠度均设置为80%，地面采样分辨率设置为0.05米，并在规划时将航线外扩2个航高，以确保测区边缘模型完整，完成航线的布设并提交任务至无人机。3.1.3像控点测量。根据范围线和地形，按照300米间距均匀布设像控点23个，并完成像控点的喷绘与坐标采集。为了对后续生产的地形图精度进行检测，在采集像控点的时候，在测区随机均匀的采集了35个平高点作为检测点，检测点主要是房角点、道路交叉口等在地形图上可以明显反应出来的点位。3.1.4影像数据获取在完成像控点的喷绘与采集后，对测区按照已有的航线进行影像拍照，完成2架次影像数据的采集。影像获取完成后，查看影像质量，删除试拍影像，共获取有效影像15895张，整理POS数据，使POS和影像一一对应。

3.2软件介绍

3.2.1Smart3D2019软件Smart3D2019软件是上海瞰景科技的一款自动化建模软件，其具有空三成功率高、精度高、建模速度快、模型质量好等特点，并且在像控点转刺环节，可以通过已刺点进行未刺点点位的实时计算，从而确保了转刺点位更加准确。3.2.2清华三维EPS软件EPS软件数目前用户较多的一款软件，其主要模块有三维测图、管线入库、立体测图、房地一体等，本实验使用了其中的三维测图模块，并在该软件中，将检测点导入并进行了精度的检测。

3.3三维模型生产

对2架次影像进行预处理和重命名，确保所有照片无重名。对POS数据进行整理，新建工程，加载影像和导入POS数据。提交空三任务，完成空中三角测量任务的解算，将23个像控点导入并进行像控点点位转刺。提交平差任务，利用像控点对空三进行平差调整，查看平差报告，像控点平面中误差为0.005米，高程中误差为0.003米。提交重建任务，选择平面规则格网划分方式，结合电脑内存大小，设置瓦片大小为150米，选择OSGB格式模型，提交任务到任务等待区，完成实景三维模型的生产。

3.4大比例尺地形图制作

将OSGB格式的三维实景模型恢复到EPS软件中，利用EPS软件中的三维采集功能，对模型进行数字线划图采集。采集房屋主要利用五点房命令，在采集完，并对房屋的属性进行完善；采集高程直接基于模型上打点，对裸露地形，给出范围线，设置高程点密度，进行高程点自动提取；采集平面位置可基于正射影像采集；采集等高线通过淹没的方式进行。对有房檐的房屋，直接在EPS软件中进行屋檐改正，较虚拟立体像对采集地形图，大量减少了外业调绘工作。对于模型拉花导致无法精准采集的点位，可通过空三成果，进行立体像对采集，对于模型上无法辨别的地物以及独立地物属性，需通过外业补测与调绘，并对外业成果进行编辑，得到最终的地形图成果，成果见图2。图2基于模型采集的地形图4精度验证采用同精度检测的方式，利用35个平高检测点对采集的地形图成果进行精度检测，检测结果见表1，表中单位均为米，“X实测”是指外业实地采集的坐标，“X图”是指地形图上对应的坐标。通过检测，得到35个检测点的平面点位中误差为0.235米，高程点位中误差为0.267米，且35个点位中平面位置残差最大为0.397米，高程残差最大为0.454米，均未超过2倍中误差0.6米和0.8米，说明采用此方法生产的地形图完全可以满足1:500地形图精度要求。

结束语

本文在垂直摄影难以满足大比例尺地形图精度要求这个问题上，提出基于倾斜摄影建模采集地形图，并以实际项目为例，对本文提出的作业方式进行验证，得出本文作业方式完全可以满足1:500大比例尺地形图精度需求的结论。对于同行从业人员来说，可借鉴本文的作业方式来生产大比例尺地形图，不但可以提高效率，而且可以减少外业工作量，具有一定的实用性和借鉴意义。

参考文献

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[2]魏军,曹琴.基于倾斜摄影采集立面图方法的研究[J].数字技术与应用,2020,38(1):46+48.

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作者：赵忠 单位：中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队