關于高差較大建筑區的無人機傾斜攝影測量像控點布設方案優化研究

鄭向東 妙丹

摘 要：像控點布設對無人機傾斜攝影測量精度起著至關重要的作用，本文通過消費級無人機獲取建筑區影像數據，并設計5種布點方式，通過比較不同布點方案制作的模型精度，得出結論：五點法布設完全能滿足建筑區精度要求，同時在樓層高的區域附近增加像制點可以提高高差較大建筑區的模型精度。

關鍵詞：無人機傾斜攝影;像控點布設;五點法;高差較大建筑區

無人機在測繪行業的應用越來越廣泛，低成本、高速靈活等特性使其被越來越多的測繪機構采用，無人機傾斜攝影相比普通航空攝影，能更充分的采集建筑物側面信息，為后續三維建模提供豐富的紋理信息，但是由于其數據量巨大，算法復雜，大大提升處理難度，但是隨著計算機軟件、硬件不斷發展，專業理論知識的不斷更新，這些不利因素相反可能會變成有利因素，推進無人機傾斜攝影技術進步。像控點布設對傾斜攝影模型精度起著至關重要的作用，傾斜攝影模型基于像控點布設的無人機傾斜攝影精度優化，相關研究比較多。劉宇碩等人對冰川區的像控點布設進行了相關研究[1]，井然結合了水利水電工程項目，研究了像控點布設方案的優化[2]。桑文剛總結出符合街區、校園尺度的小區域三維模型精度的合理的像控點布設模式[3]。但是對于高差較大的建筑區如何布設像控點，目前還缺少相關研究。本文以此為切入點，通過設計5種控制點布設方案對比建筑區三維模型精度，為高差較大建筑區提出合理可行的像控點布設方案。

1.像控點布設方法和原則

像控點布設應充分考慮測區情況，盡量均勻分布，但是在高差較大建筑區，很難達到均勻分布，保證像控點最大距離不超過200米，同時要求像控點點位清晰，顏色對比鮮明，標記易于保存，大小適中。

五點法：即在測區四周布設4個像控點，測區內部根據測區實際情況，布設一個像控點。

2研究區及數據獲取

研究區為西安市高新區某建筑小區，研究區內地勢較為平坦，總面積約為16萬平方米，南北長約400米，東西寬約400米，區域內建筑物高低落差較大，共有12棟建筑，其中最高建筑分布在測區西南角，高度65米，其余建筑高度均為20米。在測區內利用無人機傾斜攝影采集照片1780張，航攝參數見表1。

3像控點布設方案

結合測區大小、地形和樓層高度，本次研究區共布設像控點14個平高點，設計了5種像控點布設方案。

3.1像控點布設

（1）布設方案1：該方案以K15、K14、K11、K2為控制點，其余點位為檢核點，主要目的驗證測區4個角點布設像控點的三維模型精度（圖1）

（2）布設方案2（五點法）：該方案以K15、K14、K11、K2、K9為控制點，其余點位為檢核點，該方案與方案1相比，增加一個內部點，但是K9點偏向K14、K15點位，驗證三維模型精度（圖2）

（3）布設方案3（五點法）：該方案以K15、K14、K11、K2、K10為控制點，其余點位為檢核點，該方案與方案2相比，刪除K9點，增加K10點，K10位于測區正中央，驗證三維模型精度（圖3）

（4）布設方案4（五點法）：該方案以K15、K14、K11、K2、K5為控制點，其余點位為檢核點，該方案與方案3相比，將K10點更換為K5，K5位于測區最高樓附近，驗證三維模型精度（圖4）

（5）布設方案5：該方案以K15、K14、K11、K2、K9、K10為控制點，其余點位為檢核點，該方案與方案3相比，增加一個內部點K9，驗證三維模型精度（圖5）

3.2三維模型構建

本文結合商業軟件Context Capture進行空三加密， Context Capture是使用特征點匹配，它自動采集同名像點，不依賴原始姿態，能夠適應傾斜數據各種因拍攝角度變化引起的尺度變換，完成空三加密，通過精度報告，分析各個方案模型精度并構建三維模型，得到三維模型成果如圖6 所示。

4 結果統計與分析

根據城市測量規范，檢測點點位不足20個，取算數平均值作為精度指標，5種方案均滿足精度要求，如表2所示。

從三維中誤差來看，精度最高的為方案4，從平面中誤差來看，精度最高為也是方案4，從高程種誤差來看，精度最高為方案5。方案2較方案1增加一個中心控制點，有效的提高了平面、高程及三維精度;方案2、3、4為五點法中不同分布位置的展示，精度最高的為方案4，因為方案4布設在測區最高樓周邊，其次精度最高為方案2，因為傾斜攝影測量匹配精度最高位置為測區中央，方案3并未對整體精度有提升，相反方案2提高了整體精度，從距離來看，方案2離測區中央變遠;方案5增加兩個點，高程精度最高，但是整體三維精度模型不是最高。

5結論

針對高差較大建筑區無人機傾斜攝影測量，提高三維模型精度，可采用五點法布設，在測區四周布設4個像控點，測區內最高樓附近布設一個像控點，可以提高整體模型精度，如果想單一提高模型高程精度，可在模型內布少量高程像控點。從整體來看，五點法已經完全滿足精度，增加過多像控點，并未提高精度，而且不經濟，合理分布像控點點位比像控點本身網型更為重要。

參考文獻

[1] 劉宇碩，秦翔.控制點布設對冰川區無人機攝影測量精度的影響. 遙感學報， 2020，24（2）：612～712.

[2] 井然.無人機攝影測量技術像控點布設方案研究. 東華理工大學學報（自然科學版），2019，42（1）：86～90.

[3] 桑文剛，李娜.小區域消費級無人機傾斜攝影像控點布設及建模精度研究，測繪通報，2019，10：93～96.

[4] 朱進，丁亞洲，陳攀杰，等.控制點布設對無人機影像空三精度的影響.測繪科學， 2016， 41（ 5） ： 116 ～ 119.

[5] CJJ/T 8-2011. 城市測量規范[S].中華人民共和國住房和城鄉建設部，2011.

[6] 李萬能， 唐慶忠， 陳黎. 無人機航攝像控點數量對空三解算精度的影響[J]. 測繪通報，2017（S1）：90-95+105.

[7] 買小爭，楊波，馮曉敏. 無人機航攝像控點布設方法探討[J].測繪通報， 2012（ S1） ： 268-271.

作者簡介： 鄭向東（ 1987—） ，男，碩士，主要研究方向為攝影測量與遙感。