【技術】無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

利用低空無人機傾斜攝影技術快速獲取多角度影像數據，通過自動實景三建模和三維模型立體量測技術，從而實現免外業調繪的高精度大比例尺地形圖測繪。本文通過具體生產實驗，詳細介紹基於無人機傾斜攝影測量技術的大比例尺地形圖作業流程，並通過精度分析，驗證了此方法的可行性。

1

引 言

近年來迅速發展的無人機航測技術，具有機動靈活、作業高效迅速、可高頻監測關鍵區域以及成本低廉等特點，在應急保障和小區域地形圖測繪領域具有明顯的優勢。但無人機航測系統搭載的單一普通數碼相機，獲取的影像畸變嚴重，傾斜角和旋偏角較大，同時普通數碼相機，像幅偏小，導致小的基高比。由於普通數碼相機以上這些缺點，採用傳統航測生產方式很難滿足大比例地形圖測繪的要求。本文通過無人機飛行平臺搭載傾斜相機，採用傾斜攝影的方式獲取高重疊度影像數據，利用自動實景三維建模和三維模型立體量測技術，實現免外業調繪的高精度大比例尺地形圖測繪，並通過具體實驗驗證此技術路線的可行性。

2

無人機傾斜攝影

測區位於青島市高新區溝角村，屬於丘陵地形。外業航空攝影通過四旋翼無人機，搭載2個SONY7R微單相機，與垂直方向成45°夾角，南北和東西航線各飛一次，獲取地物側面紋理;再搭載1個SONY7R微單相機進行一次垂直攝影，獲取地物頂面紋理。設計航線相對航高120m，航向和旁向重疊度分別爲80%、75%，整個測區21條航線，630張影像。爲輔助後續數據處理，測區採用區域網布點模式，佈設13個外業像控點及檢查點，實驗區域範圍及像控點的佈設如圖1

3

實景三維模型建立及大比例地形圖測繪

本文通過無人機飛行平臺搭載傾斜相機，採用傾斜攝影的方式獲取測區的影像數據，利用自動建模的技術構建實景三維模型;在構建的實景三維模型基礎上，通過三維立體量測技術，採集地物地貌特徵點、線、面，最後通過內業編輯的方式製作地形圖，從而省去煩瑣的外業調繪工作，爲快速製作大比例尺地形圖測繪提供一種新的解決方案。基於無人機傾斜攝影的大比例尺地形圖測繪技術路線如圖2所示。

3.1實景三維模型

本項目採用5個像控點解算，8個像控點進行精度檢查，實景三維建模採用CC（Smart3D）軟件進行製作，主要步驟如下:

(1)構建工程加載影像數據，設置相機參數，編輯pos數據，引入控制點及檢查點數據，建立好Smart3D工程，如圖3所示。本項目採用2個相機，需設置2個相機文件，分別有364張和266張影像;原始POS數據座標系爲WGS1984，通過七參數模型及似大地水準面補償模型轉換到西安1980平面、黃海1985高程系統下。採取區域網布點，解算控制點5個，檢查控制點8個。圖3 CC（Smart3D）工程文件。

(2)傾斜攝影空中三角測量如圖4所示，本項目採用區域網5點法布點，即四周4個控制點，測區中心1個控制點，用於解算傾斜攝影空中三角測量;同時佈設8個檢查點以檢驗空中三角測量的精度。通過空三加密處理，自由網的精度爲1.82pix，像控點精度平面中誤差0．033m，高程中誤差0．063m;檢查點精度，具體精度見精度分析小結。

(3)三維實景模型生成基於空中三角測量成果，進行模型分塊，在分塊模型的基礎上，提取測區密集點雲，構建不規則三角網，建立三維模型;同時利用5鏡頭獲取的多角度紋理信息，自動拼貼，得到測區實景三維模型，如圖5所示。

3.2大比例尺地形圖測繪

大比例地形圖測繪主要基於EPS無人機三維模塊，利用三維實景模型的空間量測功能，直接進行地形、地物的採集工作。具體步驟如下所示。

(1)EPS軟件加載三維實景模型在EPS無人機測量模塊中利用模型轉換功能將CC（Smart3D）生成的OSGB格式的模型轉換成DSM高程模型，然後加載DSM模型從而實現實景三維模型的加載，如圖6所示

(2)地形圖繪製如圖7所示，基於三維實景模型的地形圖製作，藉助模型的空間尺寸信息，直接進行空間量算及採集，同時通過模型旋轉及多角度觀察等功能實現自動房檐改正，免去大量的外業實測及調繪工作，大大提高地形圖測繪的工作效率。圖7基於EPS繪製地形圖。

4

精度分析

4.1空中三角測量精度

由表1控制點和檢查點的精度表可知，控制點水平中誤差爲0．007m，高程中誤差爲0m，點位中誤差0．007m，檢查點水平中誤差0．038m，高程中誤差0．079m，點位中誤差0．088m，空中三角測量精度較高，滿足大比例尺地形圖測繪需求。像控點及檢查點中誤差表1檢查項點號。

4.2平面及高程精度

(1)平面精度平面精度檢查採用RTK外業實測特徵點和地形圖上的同名點進行統計分析，具體精度統計表如表2所示。如圖8所示，總共22個平面精度統計的點，平面位置精度均小於0．25m，中誤差0．144m，滿足1∶500大比例尺地形圖平面精度要求。

（2）高程精度高程精度檢查採用RTK外業實測特徵點和地形圖上的同名點(可通過實景三維模型直接獲取)進行統計分析，具體精度統計如表3所示。

如圖9所示，總共35個平面精度統計的點，高程誤差均小於0．1m，最大高程誤差爲0．086m，高程中誤差0．034m，滿足1∶500地形圖高程精度要求。

5

結 論

本文給出了基於傾斜攝影技術測繪大比例尺地形圖的技術路線，並通過具體實驗精度分析，驗證了此技術路線的可行性。同時藉助實景三維的立體量測、任意視角等優點，實現房檐改正、地形、地物全內業繪製，避免了傳統地形圖外業調繪、補測等工作，爲大比例地形圖測繪提供了一個新的解決方案。

社羣交流/原創投稿/ 商務合作

來源：《城市勘測》2019年2月第2期 轉自：RTK之家