傾斜攝影在地形圖測繪中的應用研究

張官進 梁麗麗 劉苗苗 寧玲玲 袁平

【摘 要】 針對傳統大比例尺測圖方法存在工作量大、人工成本高、效率低等問題，本文提出采用傾斜攝影測量技術進行地形圖測繪的方法。利用無人機傾斜攝影測量高效、便捷和三維數據采集的技術特點，對六安市部分地區房地一體化項目運用無人機傾斜攝影測量技術采集影像，并對影像重建生成實景三維模型，最后將采集成果精度與傳統外業測量精度進行對比分析和精度驗證。結果表明，檢測點平面位置和高程的中誤差分別為0.04 m、0.11m，成果滿足1∶500地形圖精度要求。綜上，傾斜攝影測量技術測量精度高，能有效提高測圖作業效率，降低成本，可以廣泛推廣應用于土地調查項目。

【關鍵詞】 傾斜攝影測量技術;點云;大比例尺地形圖;實景三維模型

【中圖分類號】 P232 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0097-03

地形圖測繪常采用GPS-RTK與全站儀結合的全野外實地測量方法，該方法具有精度高、工作量大、周期長、成本高等特點。隨著無人機技術的發展，傾斜攝影越來越多地應用到測繪項目中，無人機的五鏡頭可以方便、靈活地獲取多角度清晰影像，突破了GPS-RTK與全站儀結合的散點測量，實現了垂直、前、后、左、右各45°傾斜等五個不同角度的面測量。根據影像快速自動生成的實景三維模型可以全要素反映地面情況，且傾斜攝影技術簡單，外業作業量小，工期短。綜上，本文擬以測區為例，把傾斜攝影技術應用到大比例尺地形圖測繪中，并對測圖精度進行研究。

無人機發展較晚，傾斜攝影出現時間短，專家學者對無人機航測的研究較少。原喜屯等針對河南省房地一體項目的具體要求，設計了傾斜攝影測量的技術流程。付博等利用傾斜攝影測量技術獲取江西省撫州市的某圖書館影像數據，實現了圖書館的三維模型構建。曲林等完成了傾斜攝影高、中、低空測量解決方案。李冬森等實現了城市土地利用動態監管。C.L.Kang.等利用UAV傾斜攝影測量技術在廣西龍脊梯田景區設計了智慧旅游方案。李森盛等以傾斜攝影立體測圖技術針對甘肅某農村的權籍測量提出測量技術指標要求。張淑玲等就全國各省農村房地一體確權登記頒證工作，提出了利用無人機傾斜攝影三維模型測繪房地一體確權要素。

綜上，傾斜攝影技術優點突出、應用范圍廣。為進一步研究其在測繪大比例尺地形圖方面的應用，本文以六安市韓擺渡鎮某村為例，利用傾斜攝影獲取地面物體影像，經ContextCapture軟件處理后生成模型，模型矢量化為地形圖，在地形圖中獲取部分特征點坐標并與RTK實地采點相比較，驗證該方法的精度可靠性。研究路線如圖1所示。

1試驗概況與數據處理

1.1測區概況

以韓擺渡鎮某村為研究區域，該區域經緯度坐標為東經116°，北緯31°。研究區域近1km2，研究區屬淠河沖積平原，測區內整體地勢起伏相對平緩，交通狀況良好，便于無人機傾斜攝影測量工作的進行。根據測區范圍及現場踏勘情況，共布設14個像控點，像控點位于公路等空曠位置，清晰、無遮擋。

1.2數據采集設備

本研究采用大疆精靈Phantom 4RTK無人機，此款無人機自帶定位和POS系統，操作簡單、便攜易用。影像質量決定模型精度，為得到高質量影像，依據無人機傾斜攝影測量技術規范設置航向、旁向重疊度、航高、攝影角度等航攝參數。

1.3影像處理

在Context Capture中檢查影像信息，因系統及外界原因，部分影像缺少組件及POS等關鍵信息，需刪除影像信息不全及缺少POS的影像。影像應分布合理，較為完整;航向及旁向距離均勻;影像在一個平面內，無明顯分層，航飛質量較高。

1.4空中三角測量

根據規范，航攝區域范圍內至少含有3個像控點，像控點需提前用油漆等標定在地面上，坐標用RTK實測。測區內布設的14個控制點均清晰呈現在像片內，根據要求，每個控制點均需在A、E、S、W、X等5個視角下刺點。

像控點坐標導入后，每個像控點需在五個鏡頭下分別點刺，刺點完成后進行第二次空中三角測量。空中三角測量完成后，影像應平整無起伏，地面影像無錯位，3D視圖清晰。如圖2所示為空中三角測量成果圖。

空中三角精度報告可直接反應空中三角測量的精度，主要包括X、Y方向和3D誤差。如表1所示為空中三角精度報告部分內容。

由表1可知，空中三角加密控制點X、Y方向的中誤差均小于5cm，重投影誤差小于一個像素，3D誤差在15cm以內。根據《規范》，空中三角加密后的航飛影像滿足重建三維模型的精度要求，如圖3所示為測區局部三維模型。

2精度分析

2.1地形圖繪制

對三維模型進行矢量化，包括建筑物外部輪廓和線狀地物的繪制、高程提取、地形圖修飾。根據建筑物側面形狀數據信息，繪制建筑側面輪廓基點，形成閉合線狀要素，利用三維模型確定建筑物的空間特征，匹配建筑物屬性信息。繪制完成后對照傾斜攝影模型完成地圖注記，通過地圖符號和設計等修飾繪制要素。

2.2成果及其精度分析

在測區范圍內選取特征點，分別獲取特征點的實測坐標與圖上坐標，計算特征點外業實測坐標與所繪地形圖上相應地物點的測量坐標X、Y、Z方向的殘差值，計算平面及高程中誤差。如圖4所示為各方向殘差值折線圖。

由圖4可以看出，Z軸方向的中誤差比平面中誤差大，Z軸最大誤差和最小誤差分別為0.18m和0.05m，平面中誤差較小，最大誤差為0.06m，最小誤差為0.02m，滿足《1∶5001∶10001∶2000數字地形圖測繪規范》中精度要求。

綜上，利用航飛影像生成三維模型后繪制的地形圖精度較高，可用于繪制1∶500大比例尺地形圖。

3結論

本文以韓擺渡鎮某村為例，闡述了傾斜攝影測量的技術流程，利用傾斜攝影測量技術完成了三維建模及地形圖繪制，通過比較野外實測坐標與地形圖采集坐標，得出如下結論：

利用上述方法繪制的地形圖，平面中誤差為4cm，高程中誤差為11cm，滿足大比例尺地形圖規范要求;

傾斜攝影測量保留了原有建筑物的空間結構，提高了地籍圖成果的精度，與其他傳統測圖技術相比，成圖時間減少50%以上，人員減少70%，降低了測圖成本，適用于小區域快速測繪大比例尺地形圖;

文中提出的方法具有一定的實用和推廣價值，可廣泛用于農村房地一體確權和繪制大比例尺地形圖等項目。

【參考文獻】

[1]高葉，韋福秀.消費型傾斜無人機攝影測量技術在房地一體中的應用[J].礦山測量，2021，49（2）：85-88.

[2]原喜屯，常金鐘，高鵬偉，等.無人機傾斜攝影在房地一體中的應用[J].信息技術與信息化，2019（8）：190-192.

[3]付博，陳姍，張俊.無人機傾斜攝影測量技術在三維數字城市建模中的應用[J].湖南工業大學學報，2019，33（5）：79-83.

[4]曲林，張淑娟，馮洋，等.傾斜攝影測量高中低空解決方案研究[J].測繪與空間地理信息，2016，39（1）：19-20，23.

[5]李冬森.無人機傾斜攝影測量技術在城市土地利用動態監管中的應用研究[D].贛州：江西理工大學，2018.

[6]C. L. Kang，Y. Cheng，F. Wang，et al. The application of uav oblique photogrammetry in smart tourism： a case study of longji terraced scenic spot in guangxi province[J]. Isprs-International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，2020（XLII-3/W10）：575-580.

[7]李森盛，劉若翔，種紹龍.無人機傾斜攝影立體測圖在農村權籍測量中的應用[J].礦山測量，2020，48（3）：105-109.

[8]張淑玲，史與正，王英，等.基于無人機傾斜攝影模型測量技術在房地一體確權項目中的應用探討[J].經緯天地，2020（6）：46-48，56.

[9]梁石.消費型旋翼無人機單鏡頭靈活角度傾斜攝影構建地形模型方法研究[D].西安：西北大學，2019.

[10]李長春，張光勝，何容.基于Supernatural GIS數字校園建設研究[J].礦山測量，2007（2）：77-79.

[11]耿敬，張洋，李明偉，等.航電樞紐施工三維動態可視化系統設計與實現[J].水運工程，2017（2）：115-122.

[12]孫慧瑩.1∶500-1∶2000比例尺地形圖在不同工程中的精度要求匯總及分析[J].科學技術創新，2018（31）：176-177.