無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

李能國

（南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530021）

無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

李能國

（南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530021）

大比例尺地形圖測繪工作需要更多先進技術的大力支持。文章從闡述無人機傾斜攝影技術的應用價值等內容出發，在探討了無人機傾斜攝影技術應用前提后，對于無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用進行了分析。

無人機傾斜攝影技術；大比例尺地形圖；三維模型生產；空中測量調整

無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用能夠較好地判斷并檢查出點位中可能存在的誤差，并在此基礎上驗證出基于三維模型量測地形圖的可行性和精度，故在這一前提下對于無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用進行研究就很有必要性了。

1 無人機傾斜攝影技術簡析

1.1 應用價值

無人機傾斜攝影技術有著很高的技術應用價值。眾所周知，隨著我國經濟的快速發展，在這一過程中數字化城市的建設步伐日益加快，這導致了每個工程的開展都離不開空間地理信息的支持，在這一過程中其對于大比例尺地形圖的快速獲取有著更高的需求。因為傳統測繪地形圖的方法中存在著不容忽視的固有缺陷，這導致了存在著軸作業效率低和出圖時間長以及成本高的缺點。與此同時，無人機傾斜攝影技術的誕生，顛覆了傳統測繪的作業方式，該技術通過無人機低空多位鏡頭攝影獲取高清晰立體影像數據，自動生成三維地理信息模型，快速實現地理信息的獲取，具有效率高、成本低、數據精確、操作靈活、側面信息可用等特點，滿足測繪行業的不同需求。

1.2 應用優越性

無人機傾斜攝影技術的應用優越性是顯而易見的。通常來說，隨著我國無人機技術的快速發展，在這一過程中無人機垂直攝影技術和與之相對應的傾斜攝影技術都得到了更加廣泛的應用。在這一過程中需要注意的是，無人機傾斜攝影技術與無人機垂直攝影相比能夠獲得多角度高分率影像并且可以生成數字三維模型，因此這使得其在數字城市建設和城市管理以及應急救災中都能夠得到更加廣泛的應用。無人機傾斜攝影技術的優越性還表現在通過數據處理得到的數字三維模型能夠進行測量，并且還可以直接地在三維模型上進行量測地形圖，這意味著其與傳統垂直攝影技術相比可以避免戴立體觀測眼鏡進行測圖，故其在小范圍測圖時能夠具備一定的實際應用價值和意義。

1.3 基本原理

無人機傾斜攝影技術應用需要遵循相應的基本原理。無人機傾斜攝影技術的基本原理是通過在無人機飛行平臺上搭載多臺數碼相機，然后在這一過程中能夠同時從垂直和傾斜多個不同的角度采集高分辨率影像，并且通過結合無人飛行平臺搭載的系統就能夠獲取數據和像控點。無人機傾斜攝影技術可以經過相關軟件處理獲取數字表面模型、數字正攝影像和三維模型的攝影測量。其本身的基于物方的多視立體匹配算法生成基于真實影像紋理的實景三維模型可以期待具有良好的使用效果。

1.4 關鍵技術

無人機傾斜攝影技術的應用離不開關鍵技術的支持。一般而言，無人機傾斜攝影技術能夠針對傾斜攝影測量來進行無約束區域網平差和附加約束的區域網平差和傾斜影像的直接定向。無人機傾斜攝影技術本身具有地物幾何變形低、分辨率變化小的優越性，因此其相比傳統的基于灰度和特征的匹配方法可以更好地完成數據的匹配工作。無人機傾斜攝影技術能夠通過傾斜影像的密集匹配來得到高精度和高密度的點云數據，因此可以將其視為實現精細三維建模的關鍵所在。

2 無人機傾斜攝影技術的應用前提

2.1 三維模型生產

無人機傾斜攝影技術應用前需要相應的三維模型生產。工作人員在三維模型生產的過程中應當在將影像經過預處理后就無縫的進行三維模型的生產。在這一過程中基于傾斜攝影所得影像數據的利用方式能夠將所得到的三維模型分為兩種方式：第一種是通過單獨利用傾斜像片作為紋理來生產三維模型并且通過利用相關軟件獲得的三維模型；第二種則是通過基于傾斜攝影生成三維模型測繪地形圖的流程基于無人機傾斜攝影生成三維模型測繪地形圖。其主要表現模式為主任務下達與申請空域、外業航飛數據采集、像控點布設與量測、內業空中三角測量等方面的工作。

2.2 獲取實驗數據

無人機傾斜攝影技術應用前還需要獲取必要的實驗數據。工作人員在獲取實驗數據的過程中首先應當對于包括無人機飛行平臺和地面監控站以及五鏡頭傾斜相機和遙控設備的使用方法和系統構成都有著清晰的了解；其次，獲取實驗數據還應當做好實驗數據獲取的具體規劃，在這一過程中應當努力的避免航高設計問題，然后才能夠在此基礎上進行之后的內業數據處理。與此同時，因為無人機傾斜攝影數據內業處理主要包括數據預處理和空中三角測量，因此這導致了其只使用坐標值卻不使用姿態角數據，因此在獲取數據時應當有所注意。

2.3 數據預先處理

無人機傾斜攝影技術應用前應當做好數據的預先處理。工作人員在數據預先處理的過程中首先應當在得到航飛數據后細致的檢查影像和是否一一對應，然后以此為基礎來檢查影像的質量是否存在問題或者是是否清晰以及有無大范圍模圖；其次，工作人員在數據預先處理的過程中還應當通過模型編輯的方式來檢查生產地形圖的合格以及存在精度檢查模糊遮擋的現象。與此同時，工作人員在數據預先處理的過程中還應當避免因為光線反差和強度差異來影響到三維建模的精度和效果。

2.4 空中測量調整

無人機傾斜攝影技術應用離不開控制的測量調整。工作人員在空中測量調整的過程中首先應當對一個垂直鏡頭和四個傾斜鏡頭所得到的影像進行連接，然后進行自動匹配，在匹配成功后對于獲取的特征點采用多像密集匹配技術來進行檢測；其次，工作人員在空中測量調整的過程中還應當根據平差結果進行反復調整，調整的內容包括有參數設置和像控點刺點位置調整等內容。與此同時，工作人員在空中測量調整的過程中還應當針對無人機采集的數據不精確的情況，在建模中一般只采用數據作為初始值，就可以期待良好的調整效果。

3 無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

3.1 具體案例

無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中應用的第一步是分析具體的案例。南寧市武鳴區花花大世界園區，位于南寧市北部，東與國道G210毗鄰，南臨縣道X016及敢庚村，西至都南高速G75伊嶺巖出口至舊敢桑水庫段，北與東敢桑村及伏稟村相接，全測區面積約8.8平方公里。內部園區行車道路密布，測區交通狀況較好。園區村莊散落，石頭山較多，水域面積較大，林木茂盛，灌木叢生，通視情況較差。困難類別劃分為Ⅲ級。

3.2 項目內容

表1 空三精度統計

無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中應用還需要考慮好項目的各項內容。項目工作計劃安排按照技術設計書執行，具體工作內容及工作量如下：豎直航空攝影航飛2個架次，獲取1044張像片，涵蓋面積約17.891平方公里；傾斜航空攝影航飛45°方向5個架次，獲取4244張像片，涵蓋面積9.668平方公里，空三分為2個測區，利用smart 3D Capture進行空三加密解算和三維模型生產。外業控制點及檢核點測量，本項目全部采用平高點，總共完成128處共322個像控點測量，390個高程檢核點測量。傾斜航空攝影空三加密解算使用Smart 3D Capture軟件，平差結果良好，各項指標均未超限，空三成果質量良好。間表1。

3.3 應用經驗總結

此次項目為1∶500大比例尺地形圖測繪，測區為丘陵地形，對于精度和全要素表達的要求較高。由于項目工期較短，時間緊迫，如采用全野外方法實測精度高，但進度慢，工期無法保證，且成本較高；即使采用傳統立體采集和外業修補測的生產方式也無法滿足項目工期和精度要求，故采用傾斜攝影方法的優點進行生產，使地形圖精度和工期得到保障。房屋采用三維采集精度高，可以內業識別樓層層數以及房屋材質，可減少外業工作量，大大提高工作效率；植被覆蓋密集的地方，三維采集難度大、精度差，可以使用立體采集和野外補測；對于施工區，地面裸露區域和水田、旱地等區域采用三維采集精度高，速度快，成圖效率高。經過大量數據外業測量，內業采集同點位置的精度檢核，各個生產技術環節的質量控制得到檢驗，精度達到項目需要使用要求。同時也存在不足，如：三維模型本身存在對于紋理不足的地方會進行空洞填補，因此會造成拉花現象，Smart3D Capture軟件生產的三維模型對電桿等較小的地物難以建模，影響數據采集。經過實驗也得出了解決辦法：（1）航拍時應綜合考慮，對于房屋密集區域應加密航拍；（2）對模型進行采集時應做基本的邏輯判斷，對于無法采集的內容應提交外業進行實地調繪補測；（3）對于電桿等無法建模的地物用傳統航空攝影進行立體采集；（4）植被覆蓋區高程點無法用三維模型采集的，使用傳統立體模型進行采集，立體模型也無法采集的，采用野外實測高程點。

4 結語

本文基于無人機傾斜攝影系統獲得影像數據為基礎來生成了真實三維模型，然后通過利用其制作了地形圖來將實地量測檢查點坐標和基于三維模型生成地形圖中檢查點的平面坐標和高程坐標進行對比，對于證明該方法生成地形圖在平面應用上的價值，故實際上為生產地形圖提供了全新的方法。

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（責任編輯：周 瓊）

P231

1009-2374（2017）12-0279-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.142

李能國（1977-），男，廣西合浦人，南寧市勘察測繪地理信息院測繪工程師，研究方向：航測遙感。

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