無人機傾斜攝影測量技術在測繪大比例尺地形圖中的應用

摘 要：本文結合生產實例，提出了基于無人機傾斜攝影技術所獲得的實景三維模型測繪大比例尺地形圖的方法，探索了基于無人機傾斜攝影技術測繪地形圖的方法， 驗證了在實景三維環境下測繪大比例尺測圖的可行性及其精度，在實際生產中有一定的指導意義。

關鍵詞：無人機；傾斜攝影測量；大比例尺地形圖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.098

1 概述

無人機傾斜攝影技術是測繪領域近年來發展起來的一項高新技術，可通過在同一飛行平臺搭載多臺傳感器，從一個垂直，4個傾斜等 5個角度同步曝光采集影像，獲取真實地物信息。相比較傳統常規三維建模技術工藝，該技術具有工期短、成本低、精度高、多數據源、成果類型多，三維場景真實、建模過程自動化等無可比擬的優勢，結合具體生產項目，詳細地闡述了利用三維實景模型在測繪大比例尺測圖的可行性。

實景三維是抽象回歸現實、所見即所得、精準可量測的三維環境，具有高精度、高效率、高真實感的特點。基于無人機傾斜攝影技術獲得的全要素實景三維，探索測繪大比例尺測圖的可行性、方法及其精度。這將使大比例尺測圖大幅度的減少外業工作量和作業成本，提高作業效率，對整個測繪行業產生重大的影響，這顛倒了過去從大比例尺測圖到三維模型構建的思想，打破了過去大量依靠人工外業采集的測量模式，顛覆了傳統的航空攝影測量。

2 基于無人機傾斜攝影技術測繪地形圖的方法及其精度

本文以固定翼無人機為基礎，選取了新疆兵團某團場面積約6.8平方公里為試驗區域。航攝飛機平臺選用IFAUAV-3高效高精度測繪無人機、集成了5臺4240萬像素的索尼 α7 RII數碼照相機、使用可對垂直和傾斜影像進行快速直接地理定位蒼穹P8差分系統進行航攝，航攝影像分辨率優于5cm為基礎數據。通過構建全要素實景三維環境下的大比例尺測繪方案，用Smart3DCapture軟件構建實景三維模型，通過EPS清華山維軟件平臺實現三維數字化成圖。最終用全野外散點檢測地形圖的平面和高程是否滿足比例尺為1：1000的地形圖精度要求。

2.1 空中三角測量

傾斜攝影測量空三加密：傾斜攝影采用多視影像聯合平差充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關系，采用軟件Smart3DCapture，結合POS系統提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級影像上進行同名點自動匹配和自由網光束法平差，得到較好的同名點匹配結果。同時建立連接點和連接線、控制點坐標、GPU/IMU輔助數據的多視影像自檢校區域網平差的誤差方程，通過聯合解算，確保平差結果的精度。Smart3DCapture軟件的空三報告中，重投影中誤差控制在0.5個像素左右，最大不超過0.55個像素，若超過0.55個像素建議航攝組重飛。

2.2 測繪大比例尺地形圖

將構建好的實景三維模型導入EPS清華山維軟件，利用三維模型進行全要素采集。通過構建一體的多視角三維測圖環境，形成嚴格成像關系下的精密重建，彌補了下視影像的視角、分辨率、遮擋等局限。

實現了在真三維環境中高精度的地形采集、屋檐改正、部件測量、地貌采集等，大幅降低外業調繪的工作強度，保證地形圖繪制質量，提高了生產效率。

利用EPS清華山維軟件平臺數字化成圖無需佩戴立體眼鏡，可以降低對航測人員的要求，其數據庫的圖形管理模式，可媲美CAD的圖形編輯功能。

2.3 精度檢測

試驗區域地形為平地，1：1000地形圖成圖基本等高距為1米，高程注記精確到0.1米。參照CH/T 9006.1—2010《基礎地理信息數字成果1∶500 1∶1000 1：2000數字線劃圖》的規定，比例尺為1：1000地形圖的精度應滿足以下要求：平面中誤差≤0.3m，高程中誤差≤0.4 m。按照全野外散點采集每平方公里30個，在試驗區域內均勻分布共計290個散點，點位大多選取無投影差的地方，如斑馬線、房角、路沿石、涵洞口等。最終用全野外散點檢測試驗區域平面中誤差為0.23m， 高程中誤差為0.18m，完全可以滿足比例尺為1：1000的地形圖精度要求。

3 結論

由以上試驗方法及其精度驗證了基于無人機傾斜攝影測量的實景三維模型測繪大比例尺地形圖的可行性， 目前可滿足1：1000地形圖精度需求。通過提高航攝平臺差分系統、航攝影像質量、數據處理方法等技術手段，能否達到比例尺為1：500的地形圖精度要求有待探索。

參考文獻：

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[3]CH/T 9006.1—2010.基礎地理信息數字成果1∶500 1∶1000 1：2000數字線劃圖[S].

作者簡介：于晶晶（1986-），女，新疆呼圖壁人，本科，中級工程師，研究方向：無人機航空攝影測量技術在實際生產中的應用及發展前景，從事工程測量、航空攝影測量工作。