無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

余波 向文豪 唐朝林

【摘 要】利用低空無人機傾斜攝影技術快速獲取多角度影像數據，通過自動實景三維建模和三維模型立體量測技術，能實現高精度大比例尺地形圖測繪。

【關鍵詞】無人機傾斜攝影；大比例尺地形圖測繪；三維模型

在我國城市規劃與土地資源管理中，大比例尺地形圖是基本的參考數據。傾斜攝影測量技術能夠進一步提升數據精確度與時效性，為地形測繪提供便捷，突破傳統測量技術的限制，使用多角度拍攝方式，收集整理全方位的地形信息。

一、傾斜攝影測量的原理

在傾斜攝影技術的發展初期，測量工作是在有人機的基礎上進行的，通過人工協調的方式，采集建筑外立面的紋理信息，然后再收集到的數據進行整理，利用空三模塊的技術處理，模擬建筑模型。測量人員通過在傾斜攝影相機上配置多個傳感鏡頭的方式，從多個角度分析、采集地形圖像信息，還要進行數據匹配來對采集到的信息進行初步分析，降低數據誤差，工作量仍然較大。隨著無人機在傾斜攝影中的應用，測量人員通過在飛行器上搭載多個鏡頭傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜的角度進行數據采集，模擬人眼視覺，提升數據的準確度。

二、傾斜攝影測量技術優勢

傾斜攝影測量技術相對于傳統的航空航天攝影測量而言，其借助于無人機等飛行器，并創新利用了傳統的攝影方式，實現了自動化的三維模型建模采集影像數據的方法。這一突破使得其所獲取的信息不再是基礎的地形、地物的勘測，更是涉及到了地面起伏的狀況、地物紋理以及其他信息，構造了良好的三維立體模型。并且由于其分辨率相對較高，可從多視角獲取影像信息，并同時輸出DSM、DLG等成果的優勢特點，受到了越來越多人的關注。

三、傾斜測量技術應用的重要意義

采用無人機傾斜測量技術能夠彌補傳統測量方式的不足，在采集基本地形信息的同時，提供豐富的空間信息，提升地形建模效率。隨著我國城市規劃與工程施工等對地理信息的要求不斷提高，使用無人機傾斜攝影技術可以確保地形圖數據更加準確，促使相關工作開展愈加順利，為工程質量提供基本保障。除此之外，無人機傾斜攝影技術還能確保數據反饋更加及時，提供側面數據信息，提升數據采集效率，節約人力物力。

四、無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

（一）測量區域分析和航拍設計

要利用無人機傾斜攝影技術進行大比例地形圖的測繪，首先需要對測量區域進行分析，大體掌握測量區域范圍和基本情況，合理設計航拍過程與航拍路線，全方位采集地形信息。無人機需要通過航拍對地形信息進行采集，如果操作人員對地物、地形沒有基本位置掌握，很容易在信息收集過程中發生意外，甚至損壞無人機。另外，測量人員還要對測量區域的坐標參數、控制點情況、測量區域面積進行了解，根據實際需要布置傳感器，調整分辨率，設計合理的航拍路線與拍攝流程。

（二）航空實際拍攝

相關工作人員按照前期所涉及的航拍設計方案，利用無人機搭載好傳感器，多角度地進行數據信息。相對于傳統的測量技術，該新型技術充分發揮了其技術優勢，縮短了項目測量的耗時，并且在人員配置上基本實現了只需要無人機操控員以及少量的工作人員，減少了項目成本。然而，由于該新興技術的專業人員相對較少，因此需要注重在采用該技術時盡量使其操作專業化和規范化。

（三）數據收集與建立三維模型

通過傾斜攝影測量技術收集地形信息之后，能夠利用計算機網絡將數據信息進行整理和傳輸，再通過專業的數碼傾斜測量影像導入軟件對地形數據信息進行分析和解讀。另外，多視角影像平差技術能夠對收集到的地形信息進行匹配和平差，精確數據信息，整理出詳細的地形數據，幫助測繪工作人員降低工作量。

（四）空中三角測量

傾斜攝影測量空三加密：傾斜攝影采用多視影像聯合平差充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關系，采用軟件Smart3DCapture，結合POS系統提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級影像上進行同名點自動匹配和自由網光束法平差，得到較好的同名點匹配結果。同時建立連接點和連接線、控制點坐標、GPU/IMU輔助數據的多視影像自檢校區域網平差的誤差方程，通過聯合解算，確保平差結果的精度。Smart3DCapture軟件的空三報告中，重投影中誤差控制在0.5個像素左右，最大不超過0.55個像素，若超過0.55個像素建議航攝組重飛。

（五）調整測繪與成圖

在最后的成圖階段，測量工作人員再利用三維模型對地形中存在的實物進行辨認，可以減少外繪人員工作，只需要糾正測繪中存在的一些問題，進一步提升大比例尺地形圖的數據精度，檢查地形圖質量。通過傾斜攝影技術，大比列尺地形圖的繪制效率和精度都能得到提升。

（六）傾斜攝影測量技術的實際應用

在傾斜攝影測量技術的實際應用過程中，具體情況要具體分析。例如：（1）在不同的區域所對應的當地地形情況、周邊的居住狀況、交通狀況、水域狀況、植被狀況等方面，均會對傾斜測量過程中的通視狀況有所影響，會影響到測量工作；（2）在通視狀況較差的環境下，可通過配備兩次航空攝影，設置拍攝角度為45°以及五個角度的拍攝，利用多測區進行測量，最后采用空三加密解算和模型進行生產繪圖，可以收獲較好的繪圖成果。對于地形多為山地和丘陵的地區而言，則可以利用六旋翼無人機，并采用雙相機的模式來進行測量，在此過程中，較為關鍵的是空三加密和數據建模等技術。而空三加密技術其主要是通過輸入方位信息的傾斜影像和所收集的數據來進行自動匹配工作，再通過對相應的匹配點進行檢測，去除相應的粗差點，最后構建自由網，完成之后則能輸出成果。三維建模則是在多視角影像進行矯正、平差、匹配等方面，最后得到相應的傾斜模型。

五、傾斜攝影測量技術應用的經驗總結

在一些項目的施工過程中，盡管傳統的測量方面可能精度較高，但是其在耗時、耗人力方面則是遠遠地大于傾斜攝影測量技術，所以大部分人員會選擇傾斜攝影技術來進行，進而有效保障其勘測的精度和工期。文章針對一些項目進行總結，首先是在房屋中，由于房屋其采用三維技術能采集到較高精度的信息，可以良好地識別出樓層的數量和房屋的材質，提高了工作效率。而對于植被覆蓋區，三維技術其使用的難度高，產生的效果不如實地測繪的好，因此建議采用補測的方法。反之，在地面裸露區域，例如水田、旱地等區域，采用三維立體采集不僅可以保證高精度以及高效率，還能加快后期的成圖效率，所以建議采用三維立體技術。另外，在進行技術選擇的過程中，一定要首先進行基本的邏輯判斷，而對于房屋密集區域，最好采用的也是加密航拍的方式。對于一些特別的則可以立體收集，進行外業調繪補測或者野外實測制高點等方式，盡量確保其所采集到的精度達標。

六、結語

傾斜攝影測量技術在大比例尺地形圖中的使用不僅能夠降低測繪工作的人力物力，更重要的是能夠從應用原理出發，創新測繪流程，彌補傳統測量技術的不足，提升數據收集的效率與準確度，促使工程施工的質量不斷提高。

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