無人機傾斜攝影測量在城市測量中的應用

劉可可

（安徽省地質礦產勘查局313地質隊, 安徽六安 237005）

城市測量是城市發展和規劃的基礎, 也是調查摸清城市土地資源利用現狀的主要途徑。因此, 如何快速獲得高精度的城市測量成果是首要問題[1]。無人機傾斜攝影測量技術是集無人機、實時動態定位、圖像融合處理和大數據處理技術于一體的現代化測繪技術, 因其成圖快、成本低和精度高而廣泛應用于各行業中[2]。鑒于此, 本文以無人機傾斜攝影技術為例, 分析其在城市測量中的應用, 為推動該技術的發展提供參考。

1 技術流程

本次城市測量采用的無人機型號為Phantom 4RTK, 為大疆無人機, 影像數據處理軟件采用Pix4D, 大數據處理軟件采用Cass10.1。主要技術流程包括航飛計劃制定、相機檢校、影像數據預處理（畸變修正、增光、勻光等）、空中三角加密測量和城市測量成果輸出等, 具體技術流程見圖1。

圖1 無人機傾斜攝影測量在城市測量中的應用

2 無人機傾斜測量在城市測量中的應用

2.1 像控點布設及測量

像控點布設質量對城市測量成果精度影像較明顯, 為提高像控點布設的合理性, 應遵循以下幾點原則：①像控點應選擇無爭議的地物, 如田角、墻角等, 盡可能地避免在平坦區域選擇像控點；②像控點一般布設在距離測量邊緣不小于1～1.5cm的區域, 能夠有效地消除或者降低影像數據匹配誤差[3]；③為方便無人機拍攝, 故像控點的布設位置應選擇在視野開闊的區域, 避免將其布設在高大樹木遮擋區域；④像控點應布設在交通便利和便于保存的區域, 為后期精度驗證等提供依據（圖2）。本次城市測量采用2000國家大地坐標系, 利用國家建立的CORS網絡進行細部數據采集。

圖2 測量區域部分像控點布設示意圖

2.2 飛行計劃及預處理

飛行計劃編制是提高無人機傾斜攝影測量精度的重要途徑之一, 主要包含以下幾個方面的內容：①確定飛行航高, 根據測繪區域的地形地貌變化特征和無人機的型號等確定, 本次航高為350m, 最高點與無人機的飛行高度不低于60m；②重疊度的選擇, 是提高航拍影像數據融合處理精度的基礎, 本次選擇旁向重疊度為60%, 航向重疊度為65%；③飛行時間的確定, 如無風或微風、無云等條件, 能夠有效地提高測量精度, 本次根據測量區域多年氣候統計數據選擇在6～9月上午10時至下午3時之間。當無人機飛行航拍過程中, 應對每天所獲的影像數據進行預處理, 確保所獲像片的紋理清晰、色調柔和（圖3）。

圖3 航測鏡頭（正射）影像圖

2.3 空中三角測量

雖然無人機傾斜攝影測量有效地避免了無人機垂直攝影測量僅能獲取垂直方向影像數據的弊端, 實現了從不同方位獲取測繪區域影像數據的目的, 減少了影像數據的“留白”問題。但是, 無人機傾斜攝影測量在拍攝過程仍不可避免的出現影像數據“留白”問題, 導致影像數據中局部區域的精度無法滿足實際需求, 此時需要通過空中三角加密測量處理, 借助無人機航拍過程中自動存儲的POS數據消除。因此, 城市測量過程中空中三角加密測量包括：①在影像數據預處理的基礎上建立相應的工程文件, 添加相應的航拍影像數據；②將無人機自動存儲的POS數據導入至相應的軟件的系統中；③選擇同名點的匹配, 獲得相對定位的空中三角測量的同名點點云, 再根據航空影像拍攝過程中自動存儲的POS數據進行絕對定位平差, 在此基礎上實現空中三角加密解算；④導入控制點, 絕對定向, 選擇重新匹配并優化, 輸出空三質量報告, 檢查報告中區域網空三誤差、自檢校相機誤差和控制點精度等。

2.4 地形圖制作

在完成空中三角加密測量后可以生成城市大比例尺地形圖、DOS、DMS、DEM等數據。本文主要講述大比例尺地形圖的制作。本次大比例尺地形圖的采集是按照立體模型準確采集的, 確保采集的地物、地貌以及各類標記點無遺漏, 若存在因遮擋等而造成無法采集地物、地貌等信息時, 應將無法采集的區域單獨標注, 并及時反饋至外業測量人員, 使用全站儀測量手段進行補測, 確保各類要素齊全。此外, 在采集線狀地物時, 采集方向應與影像數據中數據的采集方向保持一致, 且能夠確保線狀地物能夠準確接邊。在確保數據無誤的基礎上, 可以在Cass10.1軟件平臺中采用自動處理系統生成測繪區域的數字線劃圖, 進而通過手動的方式采集各類注記點, 如地名、水系、建筑物以及高程等, 各類注記點的疏密程度應結合地形圖的比例尺適當調整, 確保最終的地形圖準確、美觀和布局合理。

2.5 精度對比

為驗證本次無人機傾斜攝影測量在城市測量中的精度, 在測繪區域的各類像控點中隨機地選擇了10個控制點的點云數據, 將該點周邊一定范圍內的平均值作為該點的坐標；同時, 對10個控制點使用全站儀進行外業測量, 進而對比二者的誤差（表1）。由表1可知：二者的X的中誤差為±0.13m,Y的中誤差為±0.07m, 平面位置的中誤差為±0.16m, 高程的中誤差為±0.13m, 其精度完全滿足1/2000大比例尺地形圖測量的精度要求, 說明數字化測圖技術能夠滿足礦山大比例尺地形圖測量的需求。

3 結束語

綜上所述, 無人機傾斜攝影測量在城市測量中的應用是成功的, 能夠在較短的時間內獲得大比例尺地形圖, 為城市規劃和發展提供基礎數據支撐。同時, 無人機傾斜攝影測量技術的應用減少了大量的外業工作量, 不僅提高了測繪效率和減少了成本, 也間接地降低了測量人員外業的安全風險。通過本次實踐表明, 無人機傾斜攝影測量技術在城市調查的精度完全滿足實際需求, 成果質量均滿足國家相應標準。

表1 傾斜攝影測量技術與全站儀測量精度對比表（單位：m）