城市基礎測繪中無人機傾斜攝影測量技術的有效應用

管斌

（廣州市從化區國土規劃測繪隊，廣東 廣州510000）

1 引言

無人機傾斜攝影是目前比較先進的影像采集方式，正逐漸在各行各業中應用。其中較為復雜的是無人機傾斜攝影測量技術，無論是相機鏡頭參數、地面分辨率、航拍參數，以及影像得到后的模型構建和數據采集，都必須按照相關的標準進行。尤其是在城市基礎測繪中的應用，更必須具備極高的技術含量和操作能力。

2 無人機傾斜攝影測量技術現狀

2.1 有別于傳統攝影技術

作為一種先進的攝影技術手段，無人機傾斜攝影測量技術在各領域的應用效果顯著，而且未來的發展前景廣闊[1]。該技術的核心就是傾斜攝影測量，技術要點是可以利用對諸如左視、右視及垂直等不同方位區域拍攝點相關影像的攝取，構建起三維實景模型，以深入分析并展示測量中拍攝范圍的場景模擬、性質、橫斷面等特征；而傳統的攝影測量過程，必須全面考慮測量區不同攝點的中心投影影像的位置，使用處理后的正射影像，以此熟知地理位置、地物特征及像性狀等。

2.2 無人機和有人機傾斜攝影的區別

同樣的傾斜攝影測量，無人機和有人機在實施過程中各具優缺點。無人機傾斜攝影的優點在于生產活動影響小、具備極強的靈活性及顯著的時效性，而缺點在于留空時間相對短、每次測量時覆蓋區域比較小；而有人機在傾斜攝影測量中具備穩定的攝影姿態、拍攝面廣等優勢，其缺點為飛行拍攝時間受限、飛行程序申請復雜及高成本等。所以，必須按照具體的情況和需求應用，最佳的途徑是將這兩種技術配合利用。

3 無人機傾斜攝影測量技術建設方案

3.1 無人機傾斜攝影

采用索尼a7RII攝像機搭載DB-2S型、IFAUAV-3型無人機。正攝像機焦距的鏡頭為35 mm，另外4個傾斜攝像機采用的焦距鏡頭為50 mm，為45°的傾斜相機角度。地面分辨率設置為3.9～4.7 cm。相機使用的是手動模式，光圈為6.3，快門速度為1/1 600 s～1/1 250 s，ISO是自動裝置。采用適中的曝光量，獲得的影像既可以符合相移限制條件，又能夠保證影像的質量。本次航拍利用傾斜攝影技術，可以采集5個鏡頭的影像數據，包括左視、右視、前視、下視、后視。對正射影像進行處理時，可以單獨采用下視鏡頭采集的影像數據實施高空三角測量，借助pix4d軟件制作正射影像，為0.04m的分辨率。正射影像具備適中的反差、清晰的影像、豐富的色彩，可以保持一致性的同一幅圖內色調，影像的紋理目視清晰明了，不存在變形和拉花現象。本操作在最佳自駕儀以及自穩平臺的支撐下，無人機體現了好的飛行質量，航向和旁向顯現很大的重疊度，航拍漏洞為零，較小的航線彎曲度，均在風向穩定、風速小的中午進行飛行，分析自駕儀的POS數據，飛行質量完全符合要求。拍攝的圖像完全可以分辨出恰似地面分辨率的微小地物影像，可以以此構建清晰的立體模型。

3.2 空中三角測量

因為無人機傾斜攝影數據具有特殊性，必須借助多視角影像聯合平差的技術手段實施空三加密的措施。建模軟件可以利用最新ContextCaptureCenter Edition4.4.8，開展空中三角測量以及后續模型制作，還要進行TDOM的生產[2]。

3.3 正射影像掛圖

本技術實施設定正射影像掛圖比例尺1∶3 500，掛圖規格為1 300 mm×1 500 mm。影像掛圖上標注的內容包括企事業單位名稱、機關單位名稱、道路、水系名、學校和幼兒園等，可以在合適的位置對比例尺和指北針進行標注。

3.4 圖庫一體采編

圖庫一體采編程序可以借助山維EPS地理信息工作站來實現；數據采集的模式可以考慮采用正射影像與三維模型相結合，三維模型采集的數據包括房屋和房屋的附屬設施以及標注屬性，而正射影像可以采集其他地物的數據。可以按照實際的地物情況對兩種采集方法進行靈活轉換。利用這兩種手段進行地形圖繪制后，實施野外調繪，也就是說對于那些地物被遮掩或者建模不理想的地方，內業的判斷難以準時采集，因此標注的“此地物內業無法判斷，需外業實測”的字樣，可以一并進行屬性調繪、補測、核查等業務。

4 測繪成果精度檢查

4.1 地形圖精度檢查

地形圖精度也稱平面點及高程點精度，檢查的對象包括電力線桿、井蓋、屋角等關鍵地物點，檢查的項目包括井蓋、空地和道路實施高程點外業數據采集，然后認真比較采集到的相應圖上點位數據，檢查的結果安全能滿足相關規范的要求，也就是符合正態分布的規律，更吻合設計的標準。

4.2 實景數字模型檢查

對空中三角測量合格的分區可按照三維TIN的空間位置信息，自動采集良好的視角影像，同時構建紋理模型，實現三維模型體的完整構建。通過對模型的目測檢測，沒有異常破面、沒有空洞，而且有效裁剪了超出像控部分，呈現整齊美觀的邊緣。同時，對大比例尺測圖的可行性進行驗證，對象為實景模型1∶500的比例尺，對外業檢查點實施了部分測量，檢測了模型的精準度。經過檢測，模型的平面、高程中誤差都不超過8 cm，完全符合1∶500比例的地形圖的精度標準，有理由成為1∶500地形圖采集的依據。

4.3 正射影像掛圖檢查

該技術措施全面檢查了所形成正射影像掛圖，檢查標準包括圖面美觀且清晰易讀、正確而完整的內容、圖幅整飾的完整和規范等。該影像通過了某城市測繪產品質檢站的驗收。依托二維相片或者傾斜影像，實景三維建模技術自動生成高分辨的、帶有逼真紋理貼圖的三維模型，呈現逼真的效果、全面的要素，在精度上符合要求[3]。

5 應用實例分析

本案例檢測區域位于某省會城市的某個小區，檢測區域占地面積為20萬m2。按照操作要求，進行構建測區的三維實景模型，同時繪制精度要求很高的1∶500的數字線劃地圖。該測繪操作利用無人機為中海達D6無人機，所搭載的傾斜相機為miniQ5，設定的飛行高度為100 m。平面精度檢驗利用賓得R422NM全站儀，而高程精度檢驗利用的是天寶DiNi03型水準儀。測繪區設計8個像控點，20個精度檢查點，同時布設10組單體建筑空間精度檢查點。相關的影像匹配和模型構建則是利用Smart3D實現。數字線劃圖的制作利用清華山維EPS實施。模型檢查點平面誤差統計如表1所示。

表1 模型檢查點平面誤差統計（單位：m）

通過各個檢查點及模型細部精度檢驗結果顯示：①模型中檢查點平面的最大誤差值為0.110 m，平均值為0.072 m，檢查點誤差在平面中的值為0.074 m，沒有超出GB/T 23236—2009《數字航空攝影測量空中三角測量規范》標準。針對平地環境中1∶500測圖比例尺平面檢查點，其最大限值沒有超出規定的0.175 m的要求。②模型中檢查點高程的最大誤差值為0.264 m，平均值為0.078 m，檢查點的誤差在高程中數值為0.094 m，沒有超過GB/T 23236—2009《數字航空攝影測量空中三角測量規范》的標準。針對平地條件下1∶500測圖比例尺高程檢查點，最大限值沒有超過0.15 m的規定要求。

6 結束語

綜上所述，作為一項測繪的新技術，傾斜攝影測量利用角度不同的攝影鏡頭，對相關傾斜影像資料進行獲取，實現了多個不同角度、針對不同地理位置對高分辨率影像采集技術的新突破，解決了傳統無人機正面拍攝手段的局限性問題，顯著提升了城市基礎測繪的質量和效率。為現代化智慧城市的建設奠定了技術基礎，也為企業的信息數據采集開創了更便捷的途徑。