基于無人機傾斜攝影三維模型的大比例尺測圖精度方法探討

王劍 李立 李昱 謝文明

（湖南省地質測繪院，湖南 衡陽 421001）

1 引言

《測繪地理信息事業“十三五”規劃》對新時期全國測繪地理信息事業發展作出部署。湖南省地質測繪院積極響應，緊跟測繪技術發展的新要求，研發湘地測傾斜攝影測圖系統，通過嚴密算法，實現了基于無人機傾斜攝影三維模型的大比例尺數字測圖。實踐證明，該技術能滿足1∶500 地形、地籍圖的精度要求。然而，對于一些精度要求更高的地籍測繪，這種新型航測成圖方式是否能滿足要求呢？本文以廣東省汕尾市海豐縣新村地籍測量為例，根據項目特別要求，將房屋邊長測量中誤差控制在2 cm 以內，對基于無人機傾斜攝影三維模型的大比例尺測圖精度方法進行探討。

2 地籍精度要求

2.1 界址點精度

根據項目需要，采用傾斜攝影測量、三維激光點云獲取界址點（房腳點），界址點相對于鄰近控制點的點位誤差不超過表1 規定。

表1 界址點精度要求

2.2 邊長精度

采用此方法測量的地區，邊長精度不超過表2規定。

表2 邊長精度要求

3 關鍵環節精度控制

3.1 地面分辨率

地面分辨率是決定成圖精度最重要的因素，傾斜攝影的模型精度和地面分辨率約呈3∶1 的關系，但從三維模型到數字成圖由于控制點數據采集、刺點、模型采集等過程中的精度損失，成圖后的精度與地面分辨率的比值超過3 倍。

根據公式：地面分辨率=像元大小÷鏡頭焦距×飛行高度，目前主流傾斜相機采用SONY-ILCE5100，像元大小3.92×10-6m，當選擇焦距為35 mm 時，參數如表3 所示。

表3 35 mm焦距參數表

為保證獲得最佳的成圖精度，盡可能采用地面分辨率較小的航飛高度采集影像。

3.2 像控點

像控點密度和樣式決定點位的絕對精度。選擇像控點樣式時，要削弱視覺差帶來的影響，選擇對稱圖形作為像控點符號。像控點布設方案依照航測規范，傳統航測六條基線布設一個像控點，但在傾斜攝影測量中，下視鏡頭和45°的傾斜鏡頭使得視范圍更大。布設像控點時，根據測算，一般10 ～12 條基線布設一個像控點較合適。

3.3 空三質量

空三解算主要是自由平差和約束平差，自由平差需杜絕照片分層，刺點后進行約束平差。根據規范，像控點距數字影像邊緣的距離不應小于1 mm，在實際刺點時無法準確估計距離，一般應距離邊緣不小于照片最小化后3 個刺點框的距離。根據經驗，像控點的點位中誤差達到1/2 個像素時，個別控制點模型上獲取的坐標值與外業實測的控制點坐標差值可能達到3 cm，這對于大比例尺高精度成圖的精度影響較大。

3.4 內業成圖

模型上成圖與傳統測圖有一個很大差別。前者能對建模全貌有清晰認識；但后者由于只能按測站分片采集坐標點，內業繪圖時往往將多次測站的數據整合在一起，容易使房屋結構表示不準確，造成外業調繪或產品質檢時，因模型上測圖選取的位置不一致，邊長值相差較大。

4 項目實施

在廣東省汕尾市海豐縣新村，選取一個村組進行實驗，實驗區域面積約0.135 平方千米。根據甲方特別要求，邊長測量中誤差應控制在2 cm 以內。

使用六軸多旋翼無人機掛載五拼相機進行航飛，五拼鏡頭焦距均為35 cm，航飛高度80 m，旁向重疊度75%，航向重疊度80%，地面分辨率約0.89 cm。標靶采用圓形內十字紙質標靶，約120 m 布設一個像控點，共布設8 個像控點（如圖1 所示），航拍照片6760 張。 空三計算，8 個像控點刺點精度均在1/3 像素內，如圖2 所示。通過裸眼測圖軟件，在模型上進行立體測圖，繪制線劃圖（如圖3、圖4 所示）。

圖2 空三計算

經外業檢查，量測房屋邊長193 條，邊長精度如表4 所示。

表4 邊長精度

經核查，檢核差值較大的邊長出現的問題主要有： （1）模型拉花。在模型有遮擋、采光不佳及像控精度較差的情況下，易出現模型拉花，這個問題屬于不可控因素。目前解決辦法：內業采集時做好標識，由外業實地調繪。（2）邊長對應錯誤。測量員量測邊長時量測的是房屋對邊，導致邊長對應不上，精度相差較大。（3）內業采集錯誤。通過內業自檢自糾可減少該錯誤。（4）內、外業量測位置不統一。因量測前缺乏溝通，遇到特殊房屋產生分歧。（5）遮擋房屋棟數。在房屋密集、樹木蔥郁的村莊，遮擋房屋不可避免。目前解決辦法：內業采集時做好標識，由外業實地調繪。（6）邊長統計錯誤。技術員在量測邊長時有拐點位置未區分，而進行整體量測。內業因節點，一條整邊按兩條邊繪制。（7）外業推理出的邊長值。理論上大部分房屋規則整齊且房角垂直，墻面之間互相平行。因此，當外業遇到并排房屋的共墻面無法量測時，只能根據其他墻面的邊長推算出肉眼無法看到的墻面。

圖3 測區三維模型

圖4 測區數字線劃圖

5 總結

精度把控是一項系統工程，通過項目驗證，對以上各環節的操作進行嚴格規范，從外業航飛、像控點布設、空三解算精度、內外業測圖等方面層層把關，最終結果可以滿足高精度測圖要求。