基于精靈4-RTK 的大比例尺傾斜攝影測量成圖精度分析

傅必紅

（湖南省勘測設計院，湖南 長沙410014）

1 引言

近年來隨著測繪技術裝備水平的不斷提高，攝影測量繪制大比例尺地形圖在經歷了模擬攝影測量、解析攝影測量和數字攝影測量三個階段的演變后，現已進入了全數字攝影測量階段［1］。 目前傾斜攝影測量在獲取影像建立三維模型的應用中，精靈4-RTK 無人機有著機動靈活、獲取數據周期短、成本低、影像分辨率高、建筑側面紋理信息豐富等優勢，因而在測繪行業內得到了廣泛應用。 目前市場上主要有法國Acute3D 公司旗下的Context Capture、瑞士Pix4D 公司的Pix4D Mapper 和俄羅斯的Photoscan等建模軟件，他們在計算機協同處理、自動化建模、無像控點的影像特征匹配算法等方面有著各自的優勢［2］ 。

本文利用大疆公司生產的精靈4-RTK 和法國Acute3D 的Context Capture 軟件，通過項目實例詳細闡述了傾斜攝影測量以及三維測圖的實施過程和方法，并對生產出的地形圖進行精度分析論證，以推動精靈4-RTK 傾斜攝影測量在大比例尺測圖中的應用。

2 技術流程圖

基于精靈4-RTK 傾斜攝影測量繪制大比例尺地形圖的技術流程圖［3］如圖1 所示。

3 傾斜航測數據采集

3.1 飛行前準備

飛行前首先通過GOOGLE EARTH 劃定航測區域邊界，作為外業航測邊界柵欄。

圖1 技術流程圖

3.2 像控點布設

像控點是空中三角測量的解算基礎，它的精度、可靠性、密度和分布形式都直接影響模型的解算精度。 本文研究測區面積約0.1 km2，東西向長約330 m，南北向長約300 m。 在此航攝區域內共布設5 個像控點和12 個檢查點。 像控點和檢查點的坐標通過HNCORS 采集，每個點獨立觀測3 次，取中數為該點的測量成果。

3.3 影像數據獲取

在無人機航測獲取影像數據的過程中影響航測數據質量的主要因素有：相對航高、像片重疊和航線設置方式等參數，在航線布設的過程中應設置合理的參數，以保證航攝像片的質量。

（1） 航高設置。 航高設置公式為：

式中，H為相對航高；f為相機焦距；GSD為地面分辨率；α為像元大小［4］。 本次航攝實驗區域地勢較平坦，視野條件較好，將航高設為100 m，計算可得到地面分辨率GSD為2.74 cm／ pix。

（2） 像 片 重 疊。 依 據 規 范 《 GBT 27920. 1—2011》5.1.1.3 制作真正射影像圖時，航向重疊度一般應為80%，旁向重疊度一般應為60%。 在精靈4-RTK傾斜攝影測量過程中需要考慮地物變形和遮擋的問題，為了獲取質量較高的三維模型紋理，將兩者都設置為80%。

（3）航線設置。 本次航線設計由DJI GS RTK App 直接導入飛行前準備的測區邊界文件，為了使精靈4-RTK 的單相機擁有和多鏡頭航攝一樣的效果，飛行方式選擇APP 內置的攝影測量3D（井字飛行），DJI GS RTK App 會根據起飛起點、像片重疊和航高等參數自動計算最優航線，如圖2。

圖2 航線布置圖

（4）數據采集。 在DJI GS RTK App 中檢查飛行器航測參數和現場環境后，完成自動航攝飛行，并對像片質量進行快速檢查，對不符合質量要求的像片予以剔除并補拍。

4 三維實景重建

4.1 空中三角測量

空中三角測量是利用像片與所攝目標之間的空間幾何關系，根據少量像片控制點，計算待求點的平面位置、高程和像片外方位元素的測量方法。 空中三角測量中首先檢查像片質量和數量，再將其導入Context Capture 中讀取像片的POS 信息，輸入相機焦距等參數，再導入像控點坐標，分別對每個像控點在像片上進行判刺，每個同名像控點應至少判刺4張清晰可見的像片，然后進行第一次不引入像控點的自由空中三角測量解算，第二次引入像控點坐標進行絕對空中三角測量解算，最后獲得空中三角測量結果。 本實例共判刺像控點5 個，解算連接點共111 077 個。

4.2 三維實景建模

在完成空中三角測量解算后，Context Capture能夠完成全自動化構建三維模型，主要步驟是通過高密度點云構建TIN 模型，然后對TIN 進行紋理影像的配準和貼附形成三維實景模型。

5 三維立體測圖

三維立體測圖是基于傾斜三維實景模型進行的立體測圖，通過提取特征點三維坐標繪制大比例尺地形圖，不再依托于傳統攝影測量硬件系統。 本文利用湖南中圖通地理遙感信息服務有限公司自主研發的基于CAD 的裸眼立體測圖軟件PSG 3D 繪制大比例尺地形圖，二三維聯動測圖如圖3 所示。

圖3 PSG 3D 聯動測圖

6 精度分析

為驗證基于精靈4-RT 的傾斜攝影測量獲取的大比例尺地形圖的精度，根據測區情況，通過全站儀和RTK 進行全野外特征點的數據采集。 本文提取均勻分布在整個測區的12 個檢查點和15 個房角特征點。 根據對比分析測區檢查點和特征點成果，得到表1、表2 精度統計表。

表1 檢查點精度統計表

表2 三維立體測圖房角特征點精度統計表

通過對表1、表2 進行統計分析可以看出，地物點平面中誤差為0.015 m， 三維立體測圖模擬地物特征點平面中誤差0.111 m，均小于0.20 m；地物點高程中誤差為0.085 m，小于0.17 m，實測中誤差均滿足《1 ∶500 1 ∶1 000 1 ∶2 000 外業數字測圖規程》（GB ／ T 14912—2017）精度要求。

7 結語

本文驗證了基于精靈4-RTK 的大比例尺傾斜攝影測量的可行性，實驗表明產品精度滿足國家規范要求。 目前，在電池能量密度不斷提高和相機參數不斷優化下，精靈4-RTK 的傾斜攝影測量繪制大比例尺地形圖技術以它的高效性、低成本和靈活機動等優勢，將會在城市規劃、數字城市、工程建設和應急測繪中得到更加廣泛的應用。