倾斜摄影测量技术在大比例尺基础测绘工程中的应用

倾斜摄影测量技术在大比例尺基础测绘工程中的应用

张建霞

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摘要：目前我国经济发展迅速，测绘测量技术有了很大进步。为快速制作大范围大比例尺地形图数据，采用无人机倾斜摄影测量技术对测区进行倾斜摄影测量，通过构建测区三维模型采集地形图数据，并对地形图精度进行分析。实验结果表明，通过无人机倾斜摄影测量建立的三维模型的精度及绘制的大比例尺地形图的精度都满足相关规范要求，且地形较为平缓的平原区域测图精度要略高于丘陵区域。

关键词：倾斜摄影测量技术；大比例尺；测绘工程；应用

引言

大比例地形图是指比例尺为1：500-1：5000的地形图，其特点是地物较复杂，精度要求高。传统大比例尺测图通常采用模拟法测图或数字法测图获取地物地貌。对于大比例尺地形图测绘，无人机倾斜摄影测量特别适用于地形复杂或建筑物密集的区域，传统测量技术手段在这些区域内施测困难，需要大量的内外业工作。无人机的高精度定位精度是实现大比例测图工作的基础，研究通过在无人机上搭载RTK模块，实现高精度无人机定位，获取满足精度要求的大比例尺地形图。

1倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量是传统航空摄影测量的进阶和发展，传统航空摄影测量只能从垂直角度获取地物信息和影像，而无人机倾斜摄影测量技术可通过在同一飞行平台搭配多种系统和设备：目前常用的是五镜头相机，可同时从5个不同的角度采集影像，这样不但能获得垂直影像信息和测绘数据，还能获得具有地物目标立面纹理信息和结构信息的倾斜影像；通过构建模型，给使用者建设一个符合人眼视觉的真实世界，这样就补足了传统航空摄影测量的短板。而无人机倾斜摄影系统又拥有小巧灵活、精准高效、安全高速、造价成本低、工作适用范围大等特点，能在特殊区域和环境复杂地区获取高分辨率影像，与传统测量手段相比有明显优势。随着时代的发展和进步，基于飞行平台的摄影测量技术已显示出其独特的优势，飞行平台与航空摄影测量技术相结合使得“遥感测绘”成为未来航空摄影测量领域的主力军。

2无人机倾斜摄影测量原理

无人机倾斜摄影测量技术是在无人机摄影测量的基础上发展而来的，最早是为了获取建筑物的侧面纹理数据。无人机倾斜摄影测量系统组成主要分为两部分，一是定位系统，无人机搭载POS系统，能够获取拍摄时无人机的精确位置及姿态，二是摄影系统，倾斜摄影测量是在无人机上搭载五组镜头相机，其中一个镜头垂直于地面，从垂直角度获取的影像为正片，其余四个镜头分别从四个方向获取地面信息，获取的影像称为斜篇。影像中包含丰富的地表真实环境信息，通过无人机飞行时拍摄照片的瞬时位置和拍摄姿态，将地面空间坐标系的位置解算到影像中，可获得每个影像点坐标，将影像导入数据处理软件生成点云数据，采用高分辨率传感器获取测区范围内地表真实纹理。

无人机倾斜摄影测量工作的作业流程主要分为3个阶段，一是前期准备工作，即确定好航摄区域，根据测量要求选择无人机及拍摄系统类型，规划化航飞路线及飞行参数；二是实地飞行作业，根据测区情况布设控制点位，按照设计的飞行航线进行实际航飞，获取测量数据；三是数据处理，将获取的数据导入数据处理软件中，进行自动化解算及建模。

3倾斜摄影测量技术在大比例尺基础测绘工程中的应用

3.1像控点布设与采集

在倾斜摄影测量中，由于重叠度高，不需要考虑像控点6°重叠，结合范围线，按照500m距离分散均匀布设像控点点位，将作业区范围输入图新地球软件中，利用量测距离工具，结合地形道路，在边缘拐角处布设像控点点位。将布设好的点位导出为kml格式，并提供给外业像控点测量人员。外业人员在收到内业提供的点位后将其导入奥维APP中，通过导航找到内业布设的点位，结合周边环境情况选择良好的点位，用红色油漆利用模板进行喷涂。模板形状为“L”形，长50cm，宽15cm，喷涂后进行点位坐标的采集与实地场景照片的拍摄。为了保证测量成果精度可靠，测量前对输入的参数再次进行核对，包括中央子午线、坐标系统、杆高，核对无误后进行坐标采集。采集点位为L形的内角点，每个点位均平滑20次以上，采集3次，且3次较差均在1cm内为合格，否则重新进行坐标采集。对实地场景进行拍照，用于内业对点位的准确判定。共采集像控点20个，检测点10个，均为平高点。

3.2正射影像

为了提高三维模型及正射影像等数字产品的测量精度，采用刺点的方式将控制点加入数据解算过程。将CORS采集的控制点导入到软件中，并在图像中显示出来，根据标记点位将控制点在图像中精确的刺入，需要注意的是，每个点至少要在5张图像中刺入，每刺入一个点保存一次信息。将所有的控制点刺入后，将控制点参与到空三解算，解算完成后注意参考数据报告。

空三解算结束后，各项数据均符合精度要求，选择自动生产DOM数据，若图像出现拉花等现象，通过编辑功能进行修正，提交数据后获得测区Ⅰ、Ⅱ建立的正射影像。

3.3单体化

针对三维模型进行处理，需要解决单体分离问题。而采用单体化技术，能够凭借三角面片可分割性质进行模型边界确定。完成切割多边形的绘制，利用包围盒方法完成求交检测，能够进行三角面片切割，快速生成三角网。根据三角网和多边形交点进行计算，考虑不同相交情况，能够运用多种切割方法进行模型处理。完成三角网的剪裁和重构，重新赋予纹理，能够完成多细节分层，继而生成单体模型。

3.4空中三角测量

空中三角测量采用Context Capture Center软件，空三模块经过提取特征点、提取同名像对、相对定向、匹配连接点、区域网平差等步骤的运算处理，得到摄区空中三角测量成果。为提高空中三角测量成果的精度，可以使用软件对摄区进行二次空三运算，最终得到更精确的摄区空三结果，并生成空中三角测量成果报告。

4发展展望

根据技术应用现状可知，想要取得更好的发展前景，需要保证测量数据的精确性。目前数据精确性问题集中在比例尺方面，受影像光照、色彩信息差异性等因素限制容易产生偏差。为解决这一问题，需要在软硬件方面进行改进，获得更强的影像信息提取和处理能力。一方面，可以加强5G等技术运用将互联网地图升级为三维地图，通过不断丰富三维模型数据提高技术精度。针对屋檐、树下遮挡等区域建模容易出现拉花、扭曲等情况，需通过约束建模或贴近补拍等方式提升模型输出质量。在基础上，加强大数据、云计算等各种先进技术的运用，研制出功能更强大的数据处理软件，凭借强大运算力不断提高三维模型精度。另一方面，以无人机为载体进行影像数据采集，需要持续研发稳定性更高的航拍平台，同时延长无人机航拍时间，减小影像光照和色彩差异性等因素带来的影响。此外，应完善内业数据处理规范，制定科学的三维建模外业摄影技术标准，全方位提高数据采集质量和效率，降低后期数据处理难度。伴随着相关技术的发展，深入挖掘倾斜摄影测量技术的应用价值，能够使技术逐步向军事、民用等各个领域迁移，完成相应测量软件开发，以便抓住时代机遇为测量行业带来的技术大变革。

结语

以倾斜摄影测量方式生产大比例尺地形图，以实际项目为例，采用外业实地采集的特征检测点，对其精度进行验证。结果表明，此方法制作的地形图可满足1∶500地形图精度要求，外业工作量少，可为同行提供一定的参考。

参考文献

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