无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用探讨

无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用探讨

尤东侠

中土四维勘测有限公司     河南省    450000

摘要：随着无人机技术的发展和航空摄影测量技术的出现，采用航空摄影进行影像数据获取，利用影像进行空三加密，然后基于虚拟立体像对采集地形图成为了大比例尺地形图测绘的主要方法。但是通过实际作业发现，采用垂直摄影，基于立体像对采集的地形图，其精度很难满足大比例尺地形图规范要求，因此不能作为大比例尺地形图生产的方案。为了解决这一问题，将无人机倾斜摄影测量方式应用在大比例尺地形图测绘中，可有效提高大比例尺地形图的精度，同时，采用该测量方法的成本相对较低，能达到良好的测量效果。

关键词：无人机倾斜摄影技术；大比例尺地形图测绘；应用

1导言

倾斜摄影测量技术是通过无人机等传感设备，对地面进行单垂直、多倾斜、多角度拍摄，根据传输设备自身的坐标、航高、航速、航向及旁向重叠等参数及地理地形资料，得到详细实测地物信息数据的新型技术之一。与传统的航空摄影测量技术和GPS-RTK技术相比，它具有操控灵活、拍摄范围广、数据易处理、测量成本低等优点，可广泛应用于各种大比例尺地形要素和地理信息的实时测量和数据搜集。倾斜摄影测量技术能自动生成地物点云，进而构建高精度实景三维模型和数字线划图，具有一定的参考价值和推广意义。鉴于此，文章针对无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用进行了分析，以供参考。

2无人机倾斜摄影测量技术概述

无人机倾斜摄影技术是将倾斜摄影测量技术搭建在无人机上，在无人机表面装置数据感应器与多种倾斜角度的摄像设备，不同角度的摄像设备可以通过角度变化而将数据组合，具有高速数据获取、航向参数精确等特点。无人机可以在POS系统中建立关联数据信道，在三维空间中实时记录无人机飞行状态以及感应设备的数据记录状态，通过对摄影设备的合理调控，保证信息的真实性，保证地形测绘工作中的数据充分。无人机倾斜摄影技术还可以应用多视影像联合平差摄影技术拟合垂直方向与倾斜方向的采集数据，减少三维空间中的几何变形。以POS系统作为无人机倾斜摄影数据监测的基础平台，可以从多角度采集外部方位元素，随意安排在自由网中，对控制点的坐标需要建立平方差方程，为测绘数据联合的精准度做准备。在高密度的数据获取区域，无人机在空中建立能够分割影像的视觉处理体系，将倾斜摄影中的拟合图像进行分割与纹理聚类，计算出数据的密集匹配结果，使数据采集具有辐射性，保证无人机倾斜摄影技术在光感平衡环境中运行。

3无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用

本次案例来源于实际生产项目，为了减少外业工作量，缩短工作周期，在分析倾斜摄影技术后，提出采用倾斜摄影进行1∶500地形图的生产，验证了在大比例尺地形图测量中采用无人机倾斜摄影测量技术的可行性。

3.1像控点布设

采用区域网布设像控点，平高像控点航向间隔≤1200米，旁向间隔≤900米，像控点之间均匀布设平高检核点。像控点选择要求：一是地面影像清晰的地物点，二是接近正交的线状地物交汇点，三是地物角点。如地面交通标志线、地面铺装材质变换处交角等。要求像控点点位周围没有遮挡物，点位在航片上清晰易辨认。

3.2航空摄影

在无人机进行航空摄影作业前，先要进行航飞前各项指标检查，主要查看飞机各部件是否固定牢靠，相机是否可以正常曝光，POS是否可以正常记录，内存卡读写是否正常，电池电量是否可以满足航飞要求等。在确保符合航飞要求前提下，进行无人机升空采集影像数据。在采集影像的过程中，要时刻关注地面站上飞机的飞行状况，确保飞行是可控的。在无人机完成影像数据的采集后，按照规划好的航线进行降落，并第一时间对内存卡中的影工作底图，用于外业进行像控点点位的快速查找。为了提高像控点内业转刺的精度，本次像控点点位全部采用红色油漆进行“L”形喷涂，喷涂的拐角要非常垂直，这样有利于内业进行准确转刺。利用GPS-RTK进行像控点点位采集，首先对任务区内的D级控制点进行采集，并和已有的点位进行对比，对仪器进行检核，确保参数输入误差，采集点位成果准确可用。在采集的时候，采集“L”的内拐角，并对每个点位进行3次有效采集，有效采集是要求彼此之间交叉均小于1cm，最后取平均值作为最终的采集成果。在采集完像控点成果后，在测区精度薄弱区域，随机均匀采集23个平高特征检测点，用于后期对地形图成果精度进行检测。

3.3空三加密

空三加密是实景三维建模的核心环节之一，为提高成果的位置精度水平，需要将外业采集像控点数据刺点至对应的像片，每组相机至少刺一张，每个像控点至少要有4张刺点像片。利用ContextCapture对航片进行空三加密解算。首先每个架次分别进行解算，成果合格后再按区域将多个架次合并成一个加密区域进行整体解算。这样可以提高整体解算的精度，提高工作效率，并方便后续作业的接边整合。在约束条件下进行空三计算，根据解算情况及时侦测和发现有问题的像控点，及时调整展点位置或剔除有问题的像控点，必要时由外业补测新的像控点，直到解算结果各项指标合格，精度可靠为止。

3.4数据收集

在数据收集时，通常会设定具体的摄影测量范围，明确测区内的地形高差，掌握地形的裸露程度。在此基础上，对无人机飞行的航线及测量区域合理划分，对航向的重叠度进行科学设置，保证无人机倾斜摄影的范围在规定的标准内。同时，通过对测量区域内的地形分析，可合理设置相应的像控点，并对各个像控点的坐标进行标记，利用无人机摄影功能对坐标位置进行采集，由此掌握测量范围内的地形情况。在控制测量过程中，应当合理选择相应的控制点，充分提高测量精度。通常情况下，针对密集区域应当在100~200m左右设置一个控制点，相对于其他区域可在300~400m左右设置相应的控制点，从而快速获取相应的坐标数据。

3.5地形图精度分析

3.5.1平面绝对精度

采用 RTK 和全站仪相结合的方式进行平面绝对精度检测，外业采集地物特征点的坐标与地形图上的相应点位的坐标进行比较分析，共采集比较特征点 780 个，其中粗差点 0 个，平面位置中误差为±0.175m，满足有关规定的地物点相对于邻近平面控制点点位中误差不大于图上 0.5mm 要求。

3.5.2 平面相对精度

平面相对精度检查釆用全站仪外业量测距离、边长与地形图上对应位置进行比较分析，共检测 480条边，其中粗差边 0 条，经计算得到平面相对位置中误差为±0.166m，精度满足有关规定的地物点相对于邻近地物点间距中误差不大于图上 0.4mm 要求。

3.6高程精度

在数据信息采集完成后，需对采集内容的属性进行整理，针对部分裸露地形设置具体的范围。并在此过程中，应当明确高程点的密度，采取自动化的形式，适当提取高程点，从而有效减少实际测绘的工作量，加快地形图的测绘进程，提高整体的测绘效率，达到良好的测绘效果。通常采用 RTK 进行高程精度检查。外业实测特征点高程与地形图上的相应位置的高程进行比较分析，共检测铺装路面高程点 785 个，其中粗差点 0 个，高程中误差为±0.079m，满足《城市测量规范》规定的 1:500 地形图高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差不应大于 0.15m要求。

结束语

总之，在大比例尺地形图测绘过程中，无人机倾斜摄影测量可起到重要的作用，能加快地形的测量速度，提高整体的测量效率。同时，在该测量方式的应用下，能够有效减小数据误差，及时改正出现的问题，并建立三维模型，以此对地形图进行合理绘制，逐渐增强地形图的精度，满足大比例尺地形图的绘制要求。

参考文献：

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