无人机倾斜摄影测量像控点布设精度控制方法研究

无人机倾斜摄影测量像控点布设精度控制方法研究

张忠厚

大连黄渤海海洋测绘数据信息有限公司 辽宁省大连市116000

摘要：无人机遥感测绘技术的特点在于将无人机技术、遥感技术、通信技术和GPS技术等多项新兴技术相结合，从而能够完成复杂环境中的专业测绘工作。随着无人机技术的飞速发展，在工程测绘领域，无人机遥感测绘技术的应用范围越来越广泛，且逐渐变得成熟。无人机遥感测绘技术在工程测绘领域的数据采集、传输和处理方面具有显著作用，为该领域注入了新的活力。因此，明确该技术在工程测绘领域的优点和应用要点，有助于进一步改善和创新其在该领域的应用，为工程测绘工作提供更好的服务。

关键词：无人机；像控点；均匀布设；边缘布设；精度

随着倾斜摄影技术的发展和进步，我国最近流行将无人机飞行平台上安装五个镜头传感器，以不同角度（包括垂直和倾斜）拍摄地物影像，以获得更准确的几何、纹理和位置信息。这些影像还可以用于后续的应用，例如影像分析、统计和决策。随着基于影像的三维建模核心算法和人工智能技术的不断成熟，利用多视角影像进行三维建模已经成为流行的应用模式。本研究采用Smart3D技术对城市地区的斜视影像进行三维网格重建，并通过精度评估进行质量验证。基于国产DP-Modeler平台，导入斜视影像进行精细的三维建模，并对纹理和结构进行优化。现今，如何应用成熟的三维建模成果进行智慧城市的开发与应用已成为政府、企业和公众的关注焦点。

1无人机倾斜摄影测量

无人机倾斜摄影系统是由无人机、倾斜相机和精准定位系统组成的。其中，倾斜相机由4个倾斜视角的相机和1个垂直视角的相机构成，能够以不同视场角度进行拍摄。此外，该系统还能实时记录和处理无人机的速度、航高以及航飞行方向等飞行参数。无人机的作用是通过安装倾斜相机的方式进行飞行，按照预先设定的航线进行飞行，并使用倾斜相机按照预设参数进行数据采集。同时，PPK差分传感器实时记录无人机采集信息时的坐标、高程以及拍摄瞬间的航向角、俯仰角和翻滚角。借助倾斜相机，可以对需要采集信息的地面物体进行多视角拍摄，从而获得物体各个角度的影像信息。无人机倾斜摄影系统在不动产测量中的应用流程包括资料收集、作业准备、航线设计、像控点布设、飞行采集、数据处理、三维建模和立体采集等步骤。该系统具备清晰度高、重叠率高、分辨率高等特点。

2影响无人机倾斜摄影的因素分析

无人机Tilt摄影过程中的硬件设备主要包括飞行器和数码相机。飞行器作为无人机的载体，对于评估无人机的摄影测量性能可从以下几个方面进行考虑：首先，无人机的飞行稳定性直接影响到摄影图像的质量。其次，检查无人机是否配备了高精度POS采集模块，这对于提高图像数据的匹配速度和可靠性非常关键。最后，高精度POS数据的使用还可以提升办公室数据处理方案的运行速度和效率。首先，谈论无人机的寿命，延长其工作时间可显著提升在外地工作中的效率。数码相机常被用作图像采集设备，而当今摄影测量中，大多数使用的是非公制数码相机。改装非公制数码相机降低了航空摄影的成本需求。然而，非公制数码相机的性能指标无法满足倾斜摄影测量的相机质量要求。图像质量的恶化导致后期数据处理更加困难，从而降低了测绘成果的准确性。

3.像控点的选择与布设分析

3.1像控点点位选择的基本要求

1图像控制点的目标图像应畅通、清晰、易于区分，纹理丰富；2图像控制点的位置不应小于1cm；3为了保证交叉和定位精度，图像控制点与方位线之间的距离（图像边缘，即连接相邻图像主点的线）不应小于3cm；分布在自由图像边缘上的点、待形成的边缘等方法，应选择在轮廓线之外。当然，在实际工作中也会遇到许多特殊情况。必须按照标准规范灵活地进行处理，不能以局部和盲目的方式进行选择。

3.2像控点的布设方案

根据调查区域的实际面积、地形等条件和工程的精度，控制点有三种布局方案：全场、疏排和特殊情况。

（1）场外分布点是指场内数据处理所需的所有控制点由场决定的布局方案。在摄影测量工作中，根据测量区域中已知的一部分点的精确大地坐标，通过空三加密对整个测量区域中的任意点的坐标进行加密。由于各种原因，这些已知点有时不能从现有数据中获得。采用传统的方法测量测量区域中的某些平面高控制点，如GPS联合测量或全站仪测试。实际工作证明，整个现场部署方法工作量大，对外部条件要求较高。一般情况下，只能在小面积测图和测图精度要求较高的情况下使用，即一般适用于特殊要求和特殊地形。

（2）稀疏布局点的稀疏布置意味着在现场测量中只测量少量的图像控制点，然后通过内部加密方法获得其余的控制点。用于分析空中三角测量的场布局方案通常通过路由点或区域网络点来执行。路由网络由多个导航带组成。图像控制点应沿一定的航向、旁向重叠和均匀的基线数排列。考虑到内部工业加密的准确性，在导航带的开始和结束时必须有图像控制点，并且每个特定数量的图像控制点应该设置检查点。当部署区域网络时，可以沿着区域网络的周边放置六个或八个平的高控制点。当图像和图像的重叠度不满足要求，图像中存在较大的云和阴影图像时，不适合使用该方法。此外，由于平面点布置在区域网络周围，跨度大于海拔点。因此，在区域网络内，根据一定数量的基线布置多行高程点，以满足高程的跨度要求。

3.像控点布设方案精度对比及精度提升措施

3.1像控点布设方案精度对比分析

基于Pix4Dmapper分别解算，生成区域网光束法空中三角测量平差报告，统计每种方案像控点的点位中误差及X、Y、Z三方向的平均误差，经空中三角测量平差后，方案2的平面点位中误差最小，方案1精度最低，方案平面点位中误差整体差别不大，精度约为10~11mm。高程方向方案精度最高，在高程方向精度差异明显。

3.2测区DSM、DOM及精度提升措施

（1）选择气象条件较好的时段进行无人机航测保证成图精度，减弱飞行误差并提高影像匹配准确度；航摄完成后，现场检查飞行质量与影像质量。（2）采用GPS实时动态载波相位差分测量像控点坐标，提高像控点测量精度。（3）像控点布设保证上空开阔，点位标志设置清晰醒目，便于内业刺点识别。（4）飞行前检定相机参数，采用云台稳固安装在无人机上，提高影像拍摄稳定性，采用较为全面的畸变参数可最大限度地提升航测成果精度。（5）无人机航片后处理软件众多，如ContextCapture及Pix4Dmapper等，其中空三加密平差算法是各软件关键部分，应选取高精度后处理软件提高空中三角测量解算精度。

3.3地形图成果精度分析

对于未加密的gizmos排列，曲面图形的精度从精细到不良顺序都是均匀的，从边分布到居中。因此，由于测量的区域不规则，且只有区域中心的掣点排列方式无法反映区域的整体造型，因此由于控制区域中心的排列所产生的地形制图精确度最低。平面图的排列方式使测量区域的整体造型得以完整反映，从而使地形显示精度稍高。条纹均匀分布，以便测量区域中心之间的距离可以充分反映区域的整体造型和区域的地形位置。

总结

在像控点布设能够充分反映测区边缘形态的情况下，在测区范围内加密布设像控点，其成果精度最高；但实际布设像控点时，需综合考虑像控点布设成本和外业工作量，在满足地形图成果精度的前提下，减少像控点布设数量，进而提升工作效率。

参考文献

[1]徐宏赫,惠文华,柳伟.倾斜摄影三维建模中像控点对模型精度的影响[J].建筑技术开发,2019,46（22）:81-82.

[2]桑文刚,李娜,韩峰.小区域消费级无人机倾斜摄影像控点布设及建模精度研究[J].测绘通报,2019（10）:93-96.

[3]朱鹏程,仲崇武,查剑锋,郁文峰,韩磊.无人机监测矿区铁路变形的像控点布设方法[J].金属矿山,2018（10）:198-203.

[4]孟庭伟,吉文来,姜霞.无人机测图中像控点布设与快速编辑方法研究[A],2017:3.

[5]班伟.无人机航测的像控点布设探讨[J].工程技术研究,2017,4（16）:225-226