無人機傾斜攝影測量技術在沿海防護林帶測繪中的應用

秦晨西

(山東省煤田地質局第三勘探隊，山東 泰安 271000)

沿海防護林帶處于沿海地帶，區域中有較多鹽池及水域、排淡溝等，交通不便，采用人工實測，對測區進行實地測量，需要投入大量的人工，耗時費力，且受制于測區地理環境等因素的影響，工作效率低，工期無法保障。

隨著傾斜攝影測量技術的不斷發展，傾斜相機可以安裝在無人機上，通過拍攝影像可以獲取多角度的高分辨率的地物數據。傾斜攝影測量技術的空三加密過程采用的是多視密集匹配算法，可以使得單基線匹配方式轉為多基線匹配，加快影像的自動匹配功能，同時也可以提高交會精度[1-3]，傾斜三維實景模型其平面和高程精度都得到很大提升。沿海防護林通常都在海邊附近進行建設，惡劣的地理環境，野外作業比較困難。采設用常規方式獲取傾斜數據，對測區進行分區航線布設，利用航帶飛行的方式，設計航線、航高、分辨率以及重疊度等設置。

1 技術路線

測量工作開工前，先對測區的測量資料、控制點成果、已有地形圖等進行收集。然后編寫初步飛行設計文檔，制定飛行計劃，明確無人機的飛行方式、航高、傾斜角度、影像重疊度等。根據設計方案，進行像控點坐標的布設和采集，以及無人機飛行圖像數據的采集。

傾斜影像導入Context Capture軟件，通過影像聯合平差進行傾斜影像區域網平差，以及密集匹配，最終可以獲得高精度點云數據，還可以通過計算機的集群方式縮短內業數據處理時間。地形線圖采集工作，可根據三維模型、正射影像圖等作參照，提高數據采集的效率[4-6]。

2 作業流程

2.1 控制測量

本測區像控布設根據航攝資料以及測區情況按區域網布點，周邊每隔1條基線布設1個平高控制點，相鄰兩對平高控制點間的間隔基線數不能超過3條。

本項目為沿海防護林帶，范圍內所有海水面位置無法布設像控點，像控點盡量布設在岸線兩邊，利用甲方單位提供的E級控制點求解七參數，使用RTK采集像控點，坐標采取平滑采集20次的方式進行采集。

圖1 無人機測量技術路線圖

2.2 航線設計

由于本項目為狹長形狀，南北較窄，東西較長，航線飛行采用是航帶飛行，地面分辨為1.9cm，能夠滿足1∶500比例尺地形圖的需要。

表1 飛行航線設計表

要符合以下條件：①像片有效范圍覆蓋技術設計要求的全部攝區；②在航向上超出成圖范圍的基線均在一條以上，旁向上超出成圖范圍均為像幅的30%以上，全區無攝影絕對漏洞；③像對中像片旋偏角：大部分小于4°，有少數像對在5°～7°之間；④航線彎曲度：航線飛行彎曲度都要小于2%。

2.3 內業數據處理

2.3.1 內業數據處理流程(見圖2)。

2.3.2 空三加密。空中三角測量采用Context Capture軟件，將相機參數、影像數據、pos 數據進行多視角影像特征點密集匹配，并進行區域網的自由網多視影像聯合約束平差解算，進行相對定向；將外業測定的控制點成果，在完成空三加密后對圖像進行轉刺，通過控制點對已有區域網模型進行約束平差，將區域網納入測區中所用的坐標系統，完成絕對定向。同時空三結束后要查看精度報告是否滿足精度要求，若不滿足，重新進行空三加密[7-10]。

在空三加密過程中相機畸變參數，像控點的平差都需要進行嚴格控制，空三結果將影響實景建模的精度和后期測圖的精度[11-12]。

圖2 無人機測量內業處理流程

2.3.3 傾斜三維建模的創建。完成空三加密后，影像之間的三角關系構成三角TIN，再由三角TIN構成白模，自動建模軟件從影像中計算對應的紋理，并自動將紋理映射到對應的白模上，最后形成真實三維場景。利用軟件輸出實景三維成果，對模型明顯的拉伸變形，紋理漏洞和貼圖模糊進行處理，直至滿足三維模型制作精度要求。

2.3.4 測量的精度評定。表2為空三平差后像控點殘差統計表，從表2中可知，像控點平面位置殘差最大值為0.06m，高程殘差最大值為0.12m，1∶500比例尺基本定向點平面殘差限差為0.3m，高程限差為0.34m，結果顯示空中三角測量精度滿足1∶500比例尺空三加密要求。

表2 像控檢查點殘差統計

為驗證本次傾斜三維建模達到的精度水平，將野外采集的特征點疊加至三維模型中，分別進行平面和高程的檢核，其對應的殘差統計見表3。

根據表3的數據，依據誤差計算公式求得檢查點的中誤差：

(1)

經計算得出：特征檢查點平面位置中誤差為0.05m，高程中誤差為0.12m，1∶500比例尺檢查點平面中誤差為0.15m，高程中誤差為0.17m。檢查點精度也符合測量規范要求。

2.3.5 地形圖的生成。 將生成的三維模型導入CASS 3D 三維測圖軟件平臺進行大比例尺地形圖數據采集，主要采集陡坎、斜坡、房屋、河流、道路、高壓線等特征地物。其中房屋繪制主要利用多點房屋，首先提取高程點，生成三角網后再生成等高線，隨后對三維模型中的遮擋的地物，到實地進行調繪，最后生成完整的地形圖。

表3 野外采集檢查點殘差統計

3 影響無人機航測精度的其他因素分析

3.1 RTK定位精度的影響

RTK的普及為測繪帶來極大的便利，但在屋檐、樹下等位置定位精度可能無法滿足無人機航測控制要求精度。尤其高程精度的影響，往往容易被忽視。因此使用RTK作為采集工具制作像控點時，應該進行多次測量，取其平均值，即大多數儀器中的控制點測量功能進行數據采集。

3.2 天氣對定位精度的影響

大風天氣除影響無人機在空中的姿態，無人機的飛行速度也會受到影響。由于在沿海地區，一般風力較大，選擇風力較小的天氣飛行，飛行高度不宜過高，無人機對地速度過快將影響影像的存儲以及曝光點位置的偏移，影響測量精度。另外，光線、霧霾等均對成像產生一定的影響，因此應選擇適合的氣象條件進行航測。

3.3 外業測量精度檢查

實景三維模型的相對精度較高，即使用鋼尺容易測取的建筑物，作為區域內精度檢查結果的等工具量取時，得到的對比結果良好。在對比絕對精度時，部分陰影中的坐標精度略低，且容易向一個方向發生偏移。外業檢查時也需要檢查一下能通過全站儀等技術手段采集到的容易測取的建筑物，作為區域內精度檢查結果的依據[13-14]。

4 結束語

筆者通過沿海防護林測繪的狹長區域作為測量范圍，采用無人機傾斜攝影測量的航帶飛行方式，通過設計航線、布設像控點、空三加密、三維建模等手段，最終得到地形圖的繪制。與傳統測量相對比，利用RTK及全站儀測圖的方法，工作效率得到提高，也能大大縮短工期。

隨著科學技術的進步，無人機飛行器續航能力將會加強，數據傳輸距離更遠，抗干擾能力更強，無人機攝影測量的應用范圍將會更廣泛。