基于傾斜攝影實景三維與豎直攝影立體像對的大比例尺地形圖生產

胡震天，劉燕芳

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530023)

1 引 言

一直以來，大比例尺地形圖數據的獲取主要方式是通過常規航空攝影測量和傳統測繪方法。常規航空攝影測量(大中型飛機搭載專業量測相機)受空域、工程進度天氣等諸多因素影響，費用較高，且面積較小、等級較高的工程不宜采用，而傳統測繪方法需要投入大量的人力、物力、財力，且存在外業強度大、施工周期長、部分危險測區測繪人員難以進行現場勘測等缺點[2]。

進入21世紀，無人機的用途不斷擴大，已經成為一種新型的空中平臺，在國民經濟建設和現代戰爭中發揮著越來越重要的作用。無人機最大的特點是機上沒有駕駛員或操控員，比有人機成本低、效率高、生存力強、機動性好，更加適合執行“枯燥”、“骯臟”、“危險”的3D任務，在災后應急測繪、小范圍內的大比例尺地形圖測量以及土地調查等工作中發揮了重大作用。

隨著無人機的迅猛發展，航空傾斜攝影作為一項高新技術出現在國際測繪領域，擺脫了以往單一的垂直攝影的局限，轉而在同一個飛行平臺上同時搭載多個各成角度的感光器件，同時從多個不同角度(前、后、左、右、上、下等)采集影像，獲取的影像成果更符合人類認知的直觀真實世界。傾斜攝影技術的發展不僅可以提高地表特征的解譯和實景三維模型生產效率，還能夠提供多種直接量測手段，如直接量算距離、高度、面積和體積等[3]。傾斜攝影與豎直攝影的相結合，同時得到地面地物的頂部和側面翔實的紋理信息，已廣泛應用于應急指揮、國土安全、城市管理、房產稅收，基礎地理測繪等行業。

2016年4月南寧市勘察測繪地理信息院開始采用此方法生產大比例尺地形圖，已生產約 85 km2，并摸索出利用傾斜攝影實景三維與豎直攝影立體相對相結合的生產線劃圖的作業指導文件，取得較好的效果。本文簡要闡述該生產流程、生產實踐情況及該方法的優缺點。

2 傾斜攝影與豎直攝影相結合的方式生產大比例尺地形圖作業流程

2.1 作業流程圖

作業流程主要包括項目準備，航空攝影，像控測量，空三解算，數據采集、調繪、編輯，成果提交等內容，生產流程如圖1所示。

作業流程中分為傾斜攝影實景三維和豎直攝影立體模型兩種不同作業方式同時生產，豎直攝影立體模型即為傳統航測采集方式，該方式生產大比例尺地形圖利用無人機航測時，因無人機姿態不穩定，會出現部分立體模型無法建立、部分立體模型區域較小、部分相鄰模型接邊誤差較大，可生產 1∶1 000及以下比例尺測圖工作，但穩定性較差，建議空三解算前進行相機檢校與影響畸變糾正。

傾斜攝影數據獲取一般將相機鏡頭前傾45°進行拍攝，根據地形地貌設計航飛方向數(1個～5個方向)；布設像控點密度相對豎直攝影立體模型較小，盡量布設于測區邊緣處。

傾斜攝影無須相機檢校及影像畸變糾正，空三解算完成后，利用空三成果自動三維建模，獲取實景三維模型后不再進行任何采集前處理(精度檢校除外)，可直接用于數據采集。

利用傾斜攝影產品實景三維模型獲取DLG數據，由于采集數據精度高，作為本文生產方法的主要采集方式，占數據采集部分的90%，豎直攝影立體模型采集僅為補充，主要采集三維模型顯示不明顯的坎、等高線、桿狀地物、水域范圍線和水面高程、部分立體可估算的樹底高程等在三維模型中不能采集的要素。

3 實踐案例分析

3.1 項目概況

(1)2016年我院航測中心線劃圖項目測區概況

①武鳴區花花大世界1∶500地形圖測量項目，共 8.8 km2，該項目測區范圍內村莊散落，石頭山較多，水域面積大，林木茂盛，灌木叢生，通視情況較差；由于正在進行大規模開發和施工，地形地貌變化較大，有推土區和施工區。

根據地形豎直攝影2個架次；傾斜攝影5個架次，兩方向拍攝，航向重疊度設計為80%，旁向重疊度設計為80%，實際重疊度均為80%，相對航高 350 m，地面分辨率優于 0.06 m。

該項目由于無人機進行豎直攝影，姿態較差，造成立體模型可利用率較低。

②興業縣1∶1 000地形圖項目，共 25.8 km2，該項目測區包括興業縣城區及周邊多個村落，主城區有少數小區為高層建筑，多為民房及私宅，各村落房屋密集，建筑分布雜亂，形狀怪異，破舊房屋較多；其他區域多為農田和旱地，整個測區為盆地，地勢較平坦，僅在測區的北部和東南部有少數山地；測區地形較破碎，地物較復雜，難度較高。

根據地形豎直攝影5個架次；傾斜攝影8個架次，三方向拍攝，航向重疊度設計為75%，旁向重疊度設計為75%，實際重疊度均為75%，相對航高 350 m，地面分辨率優于 0.05 m。

該項目豎直航空攝影過程中由于相機未定焦，航飛時相機抖動，造成三維模型數據模糊，不利于精確采集數據，導致重新拍攝兩個架次。

③三塘鎮1∶1 000地形圖修補測項目，共 22.5 km2，該項目以地形更新為主，由于火車東站的修建造成測區內地形地貌發生較大變化，建筑中道路、施工區、堆土區較多；村莊相對集中，房屋密集，部分村莊難以區分房屋間隔。

根據地形豎直攝影4個架次；傾斜攝影23個架次，兩方向拍攝，航向重疊度設計為80%，旁向重疊度設計為80%，實際重疊度均為80%，相對航高為 300 m，地面分辨率優于 0.04m。

(2)項目成本與工期

2016年我院航測中心線劃圖項目各流程生產周期 表1

從表1中可以直觀看出，調繪及補測所用時間占項目總工期比例較小，內業數據采集、編輯工期占較大比例。

(3)項目精度

2016年我院航測中心線劃圖項目精度小結 表2

從表2中可以看出，利用實景三維與立體模型相結合采集數據的方法均能滿足大比例尺精度要求，且平面與高程中誤差一般為 10 cm～20 cm。

4 優缺點分析

通過傾斜攝影獲取多角度航攝像片，輔以地面控制，用Smart3D Capture軟件進行空三加密解算和實景三維模型生產，再使用EPS三維測圖模塊進行數據采集。

優點：可采集到房屋主體結構，各類坎易于分辨，裸露地表可精確采集，房屋層數可內業識別并標注，平面、高程精度較高，采集、編輯可同時進行，工作量大多轉移到內業，大大減少外業調繪的工作量，對作業員要求較低。

缺點：航攝影像重疊度要求高，分辨率高，相對航高較低，航拍時間較長，航飛難度大；空三解算耗時較長，對硬件要求相當高，自動三維建模耗時長；對于電桿、路牌、獨立樹等桿狀地物識別度較低，幾乎無法采集數據；植被覆蓋區域、高大建筑遮擋區域等無法準確采集；加大內業難度，內業成圖時間較長。三維模型本身存在對于紋理不足的地方會進行空洞填補，會造成拉花現象，加上植被覆蓋區無法用三維模型采集，只能使用傳統立體模型進行采集，但立體像對采集精度相對較低，且對作業員要求較高。

5 結 語

采用全野外方法實測精度高，但進度慢，工期無法保證，且成本較高；采用傳統立體采集和外業修補測的生產方式也無法滿足項目工期和精度要求，因此大比例尺地形圖項目生產啟用了三維采集新方法，大大減少了外業工作量，使地形圖精度和工期得到保障，成圖效率高。

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