无人机测绘技术多场景应用

无人机测绘技术多场景应用

陈介炜 马福生 李桂和 李向国 李健敏

呼伦贝尔市大雁勘测规划设计有限责任公司 内蒙古呼伦贝尔市021000

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。同时在地籍测绘作业中也得到了广泛的应用。

关键词：无人机倾斜摄影；实景三维模型；地籍测绘；大疆智图

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。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。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。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，大疆智图等，本次实验使用的是大疆智图。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。

2实际项目验证

2.1 数据获取

2.1.1 任务区地形属于山地，测区面积约5.9平方公里，测区范围内，高差约200米，地形较裸露地区概括。

2.1.2大疆智图。

2.1.2.1新建任务

打开大疆智图DJI Terra——新建任务（如图一）——建图航拍（倾斜摄影）（如图二）——输入任务名称（如图三）——确定。

如图一：

如图二：

如图三：

2.1.2.2空三加密

1）.点击重建（如图四）——点击添加照片（如图五）（添加文件夹）——选择重建类型——选择建图场景——设置重建清晰度——选择所要输出的模型格式、是否输出云点。

如图四   

                 如图五

导入照片完成

2）.点击空三进行空三处理

空三正在处理

空三处理完成

2.1.3 像控点测量

根据范围线和地形，按照200米间距均匀布设像控点16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16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。

4）刺点：

（1）.选中任一像控点，然后点击照片库中包含此像控点的某张影像，则空三视图左侧区域将出现刺点视图，其上的蓝色准星表示所选像控点投影到此影像中的预测位置。

（2）.在刺点视图的影像上，按住鼠标左键可拖动影像，滑动滚轮可缩放影像。点击影像使用黄色准星进行刺点，标记像控点在影像上的实际位置。刺点在刺点视图和照片库缩略图中显示为绿色十字，同时照片库缩略图右上角将显示对勾标记，表示此为刺点影像。

（3）.删除刺点:在照片库中选中已刺点的影像，按键盘Delete键或刺点视图上方的命，可删除此影像上的刺点信息，即不选为刺点影像。）

(4).导出刺点文件:点击可将像控点及刺点导出为 json文件，用于包含相同刺点影像的其他任务。

（5）.对于同一像控点，由第三张影像刺点开始，每次刺点后，蓝色准星的预测位置会根据刺点位置实时更新，像控点信息下方的刺点重投影误差和三维点误差亦会更新。

推荐每个像控点的刺点影像数量不少于4张，所刺控制点尽可能在测区内均匀分布，推荐不少于4个控制点(需要将像控点类型设置为控制点)，检查点可以视实际情况设置。点击要刺的控制点——点击照片——查看点之记，在照片内找到控制点位置——按shift件+鼠标左键进行刺点。（注意：每个控制点至少刺3到5张图片，对两张图片刺点成功后会有核线显示，核线会自动预测所选图片中的控制点位置，相对位置准确。）

刺点过程

2 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。

3 无人机航测系统在地籍测绘方面的应用

3.1地籍测绘方面数据的获取

    对于地籍测绘方面来说运用无人机航测系统对数据的获取有着巨大的优势，而且现在地籍测绘方面较多的使用无人机航测就是因为无人机航测在地籍测绘数据上的获取作用极为显著，有着快速高效正确的特点。

对于地籍测绘的数据采集，由于一些地区人们不能轻易到达，有些地方还存在着一定的风险，有些地方需要测绘的地点面积太大，个人无法短时间完成。然而，对于无人机来说，因其具有常人无法拥有的飞行能力，能到达高山瀑布的地形，周围无人机的飞行速度也不慢，即使是短时间内也可以对一些大面积的地区做到资料的快速采集，并且无人机上还携带了专门的摄影机器。对于采集的资料也会更为精准。如此种种，使得无人机，航测在数据获取上占据领先地位。

3.2测绘影像的初步处理

在一些大风或其他因素影响下，原来所用方法拍摄出来的影像资料存在着较大误差，这些误差是因为天气原因导致摄影光线发生变形，从而对所拍摄的图像效果发生了改变，影响成像精确度。

相对于以前的将材料采集到再进行处理，在使用无人机航测时就已经在射线装置内部进行了初步处理，在无人机将地基资料拍摄出来之后，为减少误差，无人机内部的拍摄装置将会对图片进行初步的加工处理，使得拍摄的图片更清晰，同时还会联系到一些所查询到的资料，对一些大的问题进行初步的标明，修改地级测绘，对于拍摄的影像有着极为严格的要求，无人机航测拍摄的图片原本已被做过处理，所以图片的质量和图片本身的精度，都有着不小的改善，对于地级测绘来说，可以极大的提高工作效率。

3.3对于航测影像中的失误修正

在无人机行测中拍摄好较为清晰的影像之后，将会在无人机内部对其上面的内容加以细致修改，在行测中将无人机与地球卫星上的定位联系起来，在网络上搜寻所在地区的精准地图与自身所拍摄的影像加以对比，找出失误点，并通过无线网络对中间存在的失误做以修正。

为了减少因为风力等因素所产生的误差，可以将无人机进行加固，同时加大飞行时的航向重叠度，防止发生航测时的漏洞，以此使得拍摄时的失误大幅减小。虽然在做一些准确准备工作时，将会考虑到无人机的起飞问题，但是在一些高山的地区还是无法让其起飞，此时可以利用弹射架起飞，并通过在无人机内加入小型降落伞的方式进行回收，以确保工作的顺利实施。

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。以便其在地籍测绘工作中发挥更大的作用。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

[1]刘洋.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究[D].南昌：东华理工大学,2016.

[2]宋媛媛.基于Smart3D三维模型的大比例尺地形图测绘精度分析[J].测绘与空间地理信息,2020,43(2):219-221.

[3]曹兆峰,孙磊.基于无人机倾斜摄影的大比例尺地籍测量技术研究[J].现代测绘,2020,43(5):29-31.

[4]史申超。无人机航测系统在地籍测绘方面的应用研究