縱橫無人機傾斜攝影測量系統在大比例尺測圖中的應用分析

武換咪

（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院，陜西 西安 710001）

0 引言

大比例尺地形圖是各行各業規劃管理必不可少的基礎資料，人工施測大比例尺地形圖通常面臨著工作效率低，成圖周期長，成本消耗大的問題。近年來，無人機和計算機圖像處理技術的快速發展，推動著無人機在測繪行業應用領域的快速拓展。無人機航空攝影測量可進行正射測量和傾斜攝影測量，這兩種方法均已應用于大比例尺地形圖的測制，其中，無人機傾斜攝影測量由于更直觀、操作更簡單，近兩年來發展迅猛。本文利用縱橫CW-10C 垂直起降固定翼無人機傾斜攝影測量系統獲得的影像數據，構建三維模型，與外業人工實測數據進行對比分析，探討無人機傾斜攝影測量進行大比例尺測圖的可行性。

1 傾斜數據獲取

1.1 設備情況

本次實驗數據為某平原地區傾斜項目中一個架次數據，本項目面積8 km2，本架次航攝范圍大小為2.7 km×7.1 km，該地區地形為一般平坦地區，河道人工砌筑，兩岸分布旱地及果園，施測時間為4 月份，無茂密植被覆蓋。該傾斜項目最終成果為1∶2000 成果，航攝地面分辨率優于0.1 m，使用縱橫無人機傾斜攝影測量系統獲取傾斜影像數據。縱橫CW-10C 垂直起降固定翼無人機性能參數見表1。

表1 CW-10C 性能參數

無人機搭載五組Sony Lice 5100 鏡頭拼裝相機，其性能參數見表2。

表2 Sony Lice 5100 性能參數

1.2 航攝技術設計

1.2.1 航線敷設

采用成都縱橫CW-10C 免像控航測系統進行航攝任務規劃設計及飛行控制。沿河流方向布設航線。航向重疊率為75%、旁向重疊率為65%。航向覆蓋超出攝區邊界線不少于2 條基線，旁向覆蓋超出攝區邊界線不少于像幅的50%。同一航線上相鄰像片的航高差不大于30 m，最大航高差和最小航高差之差不大于50 m，實際航高和設計航高之差不大于50 m。

1.2.2 航攝地面分辨率與航高的確定

（1）地面分辨率：1∶2000 地形圖地面分辨率優于0.10 m；

（2）本測區航攝相對航高不高于500 m，本次作業航攝相對航高設置為400 m。

1.2.3 影像質量

（1）影像清晰，層次豐富，反差適中，色調柔和；能辨認出與地面分辨率相適的細小地物影像，能夠建立清晰的立體模型。

（2）影像上無云、云影、煙、大面積反光、污點等缺陷。雖然存在少量缺陷，但不影響立體模型的連接和測繪，可以用于模型制作。

（3）拼接影像無明顯模糊、重影和錯位現象。

1.3 像控點的測量

1.3.1 像控點點位選設要求

（1）像控點選在旁向重疊的中線附近，離開方位線的距離大于像幅寬的20%，距像片邊緣不小于0.1 cm 或50 個像素。

（2）像控點的目標影像清晰，易于判刺和立體量測的細小線狀地物交點、明顯地物拐角點，高程起伏較小、常年相對固定且易于準確定位和量測的地方。弧線地物及陰影處不能作為點位目標。

1.3.2 地標點制作

地標點以白灰撒制在地面空曠處，其天頂角45°范圍內，無大的遮擋。形狀為“L”形，線條單邊長度不小于1.0 m，寬度不小于0.15 m，測量的位置為“L”形拐角之外角處。

1.3.3 像控點測量

（1）像控點測量方法

采用GPS-RTK 的作業方法按圖根點精度進行測量。

（2）像控點測量的精度

①平面精度：像控點相對于最近基本平面控制點的平面位置中誤差均小于0.2 m；

②高程精度：像控點相對于最近基本高程控制點的高程中誤差均小于±0.1 m。

1.4 獲得數據

（1）影像數據。飛行區域下視方向及同一時刻前后左右4個方向照片，各方向277 張，共1385 張照片。

（2）POS 數據文件。各個拍攝方向均應有對應POS 數據。

（3）控制點數據。航向及旁向以800 m 為間距，布設一個平高像控點，控制點布設在重疊度大的地方，每個鏡頭都能拍到。

2 航攝內業數據處理

傾斜攝影測量常用的處理軟件，目前比較流行的有：Bentley 公司的Context Capture center，人工干預少，可生成逼真的三維場景模型；像素工廠（Pixel Factory）StreetFactory 子系統，通過對獲得的傾斜影像進行幾何處理、多視匹配、三角網構建，提取典型地物的紋理特征，并對該紋理進行可視化處理，最終得到三維模型。近幾年，國內外多個軟件公司均順應潮流，在以往常規攝影測量基礎上，對軟件進行優化，用以處理傾斜數據。本次實驗即采用ContextCapture Master 軟件的AT 模塊采用光束法局域網平差法進行空三計算。三維模型的生產使用該軟件處理的空三成果作為數據源。完全根據航攝獲取的影像數據制作三維模型成果，可以真實還原地物的空間位置、形態、顏色和紋理。輸出的三維模型格式為：OSGB。

3 EPS 環境下實測數據檢測

目前市面上航測采集軟件大多都可以實現傾斜模型測圖，如航天遠景MapMatrix 5.0,亦可以加載OSGB 數據在模型上進行量測。本次實驗采用EPS 地理信息工作站進行檢測，加載實景三維模型，采用二三維聯動一體化測圖模式進行高程數據的采集和更新。基于cass 平臺，加載正射影像圖，完成地物采集，并導入高程數據，繪制等高線，完成地形圖的繪制。

（1）數據加載。首先對OSGB 數據進行轉換，生成測區DSM數據，選擇加載本地傾斜模型對其進行加載，加載成功后，在三維顯示窗口即可以瀏覽測區模型。

（2）實測數據導入。本次實驗所用實測數據，為RTK 外業實測，包含地物特征點及碎部點。以調入外部數據方式導入后，即可實現實測點和模型疊加顯示。

（3）檢測數據讀取。本架次航攝面積較大，人工實測區域位于航攝范圍中部，范圍大小800 m×400 m，按1∶2000 精度要求實測，包含河道及兩岸地物。選取河道東西兩岸所有實測點進行傾斜模型下的量測，用來進行同精度高程檢測；選取實測范圍內道路交叉口、攔水壩坡邊、污水篦子邊角等明顯地物點進行傾斜模型下的量測，用來進行同精度的平面和高程檢測。

在傾斜模型上，捕捉外業實測同位置進行檢測點坐標采集，共得到地物點20 點，碎部點317 點。

4 數據分析

工程測量中，對一般平坦地區而言，平面點位精度和高程注記點位精度要求見表3[1]。

表3 精度要求

同精度檢測中誤差計算公式:

（1）本次地物點差值對比見圖1。

圖1 地物點差值對比圖

平面點檢測時，地物邊緣有虛化現象，電桿、電線塔基座、房屋邊緣等有高度起伏細小地物不好判別。本次地物點多位于路面，對比得平面和高程差值均小于0.3 m，統計得到平面中誤差m=0.11 m，高程中誤差m=0.14 m。工程測量1∶500 地形圖對平坦地區精度要求為平面0.3 m，高程注記0.16 m，本次地物特征點可滿足該精度要求。

（2）本次碎部點差值對比見圖2。

圖2 碎部點差值對比圖

碎部點高程誤差多集中在0～0.3 m 之間，其中大于0.33 m的有21 點，在總點數為317 點的情況下，已不滿足按照1∶500平坦地區地形圖基本等高距0.5 m 精度進行粗差剔除。按照地形圖1 m 基本等高距進行同精度檢測，統計碎部點高程中誤差為m=0.14 m，滿足1 m 基本等高距精度要求。

（3）結果分析

本次實驗測區，旱地無植被覆蓋，地面裸露，果園無樹葉遮蔽，可見大面積裸露土地，通視條件良好。所檢測地物點，均位于人工修筑加固路面或有明顯水泥澆筑處，檢測精度可達到1∶500 地形圖平面精度，可達到0.5 m 基本等高距要求。碎部點在測區均勻分布，通過對碎部點高程差值檢查發現：差值在0.3 m 以內的，多為路面高程點。果園稀疏無枝葉覆蓋，但果樹陰影亦會影響模型精度，引起模型隆起，導致模型高程均高于實測高程。

5 結語

本次利用人工實測數據對縱橫傾斜攝影測量數據進行數據分析，結果表明用該系統進行大比例尺地形圖測制可行，但要達到0.5 m 基本等高距精度很難。本次實驗所選測區，只在人工修筑硬化地區達到該精度，在半荒草地、荒草地、裸露耕地均只達到1m 基本等高距精度。在傾斜模式下測圖，可以減少外業工作量，縮減成本，更適合于1 m 以上基本等高距測圖，且無密集建筑物，無植被覆蓋地區，傾斜模型方式測圖，要滿足精度要求，仍需要與其他方法相結合。