無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用

黃權進

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州 貴陽 551400）

無人機傾斜攝影技術是多種技術的結合衍生，涵蓋了無人機技術、GPS定位技術、傾斜航空攝影技術等，將其應用于測繪層面，是因為無人機傾斜攝影技術能更快地成圖且精度有保障，是當前廣泛應用于我國地形圖測繪、建筑工程測量、水利水電測量等領域的新興測繪技術。

1 無人機傾斜攝影測量原理

無人機傾斜攝影測量技術也就是利用無人機搭載多臺高分辨率相機在空中進行拍攝，并且實現垂直角度和傾斜角度等多角度拍攝，全方位立體采集目標區域圖像。一般而言，為了實現攝影目標，無人機會搭載五鏡頭的攝影系統，借助GPS系統獲取目標區域的數據，并將其運用特殊處理技術形成數字影像構建三維模型[1]。

2 無人機傾斜攝影測量原理

2.1 傾斜攝影實現多角度拍攝

無人機傾斜攝影技術的關鍵之一是能實現多角度拍攝，即攝影過程中既能實現垂直攝影又能實現傾斜攝影。傾斜攝影是利用無人機飛行角度進行拍攝，也稱為多視影像聯合平差，是傳統攝影技術無法企及的優勢之一。

2.2 傾斜攝影數據采取全面

傳統攝影測繪不會導致目標物出現較大的形變、分辨率也不會變化太大，但傾斜攝影多角度拍攝則會導致形變和分辨率發生較大變化，不利于進行實景匹配。因此，為了解決形變和分辨率衍生出了密集匹配技術，利用大量的數據來進行細化描述，精準獲取區域目標的地理信息，多維度進行匹配，將目標區域內的物體三維模型構建出來，為繪制高精度的地形圖提供便利。

2.3 傾斜攝影可直接構建三維模型

無人機傾斜攝影技術獲取的影像經過處理后，能直接進行三維模型的構建，利用所獲取的多角度數據進行加工，以大基數數據支撐三維模型圖構建，在此基礎上還能進行方法演變，通過紋理構建三維模型或者借助軟件構建三維模型，整體來說比傳統攝影更加直接方便。

3 無人機傾斜攝影測量在大比例尺地形圖中的應用優勢

3.1 有助于優化減少數據誤差

無人機傾斜攝影在大比例尺地形圖測繪中的應用優勢之一，是能夠有效減少數據誤差。首先，無人機傾斜攝影技術能有效保障拍攝的相片的原始分辨率，只要將航飛的參數即航高、鏡頭焦距等設置妥當，就能有效提高攝影的分辨率，保障數據的精確度。其次，無人機傾斜攝影技術能保障空三加密的精度，以往的技術在進行空三加密時會出現匹配錯誤的現象，而無人機傾斜攝影技術可以采取人工干預，不斷優化空三成果精度，盡可能保障地形圖繪制精度。最后，地形圖的繪制工作需要進行人工采集，一些矢量會因為人的視覺誤差而發生變化，無人機傾斜攝影相對只需要調整角度就能進行數據采集，一定程度上保障了數據的精確性和地形圖繪制的質量[2]。

3.2 有效提高地形圖繪制效率

無人機傾斜攝影技術在地形圖繪制中，能夠結合GPS技術進行精準的定位，在目標區域內合理布設GPS就能幫助提高無人機獲取的地理位置的數據準確性，并且通過無人機傾斜攝影技術獲取的數據生成的效果圖，能更加直觀地幫助繪制人員觀察地形，同時也可以減少核對人員的工作量。大比例尺地形圖跨度大，以往需要核對人員親臨現場進行核查，但運用無人機傾斜攝影技術就能減少這一環節工作，同時也能保障地形圖繪制的準確度，極大地提高了大比例尺地形圖繪制工作的開展效率，也為繪制質量提供了保障。

3.3 控制成本

傳統大比例地形測繪外業測量人員投入多、成本開支大，而利用無人機傾斜攝影技術進行大比例尺地形測繪能有效減少人員的投入，從而控制外業成本。

4 實際案例應用

案例研究區域位于貴州省清鎮市新店鎮鴨店河老街，項目要求測量老街1∶500地形圖，便于統一規劃建設。

4.1 外業設備及參數設置

一般而言，無人機傾斜攝影在測繪領域應用的基礎是外業傾斜攝影航線設計，也就是在開展無人機傾斜攝影之前，優先將無人機的拍攝航線設定好，設定無人機的分型高度、分辨率要求等相關參數，并在設計圖中標注明確，這樣方便后期數據處理時，進行實際比例尺的換算，從而保障大比例尺地形圖的繪制精度[3]。

（1）人員設備。本次地形測量外業人員2名，分別負責像控點的采集和無人機飛行。采用大疆精靈4Pro無人機執行飛行任務，Phantom 4 Pro v2.0相機配備2000萬像素。像控點使用中海達RTK V30連接CORS站，強制對中桿對中進行外業采集。

（2）參數設置。航向設置為70、旁向設置為60，由于高差相對較大所需飛行高度定為150m，共航飛5個架次，用時90min共采集影像847片。

4.2 像控點的布設

像控點的布設在無人機傾斜攝影測量中是非常重要的一個階段，像控點的布設精度及位置分布直接影響整個項目的質量及成圖精度。像控點坐標成果表如表1所示。

表1 像控點坐標成果表

（1）像控點宜布置在明顯的標志物上，以控制內外業的精度。

（2）布設像控點的標志物不宜過小，一般在70～80cm。采集的點位應在標志物相對明顯的一端，以保證在內業處理過程中不易出錯。

（3）像控點應選擇在開闊且平坦地區布設，避免布設在容易遮擋的地方。

（4）標志物應選擇持久存在以及顏色對比鮮明的物質，如噴漆、深色膠帶等。

4.3 數據處理

無人機在地圖測繪中的應用優勢在于可以全方位多角度進行攝影，并且在無人機數據處理層面，本案例中使用的ContextCapture Center Master空三數據處理軟件，不僅能夠在線自動校準，保障數據處理的精確性，還能自動處理低空影像進行空中三角控制平差。其改變了傳統的建模方式，將自動、人工、半自動合理切換運用。也提高了數據獲取的精確度，從而可以精準獲取點云數據、三維模型圖、空三加密成果的數據。并且ContextCapture Center Master空三數據處理軟件還能配合其他軟件，靈活搭配，拓寬了數據處理及影響應用的范圍。ContextCapture Center Master空三數據處理軟件也能提高生成DEM、DOM的效率，加快運算速度，總體來說，優勢還是較為顯著的。另外，ContextCapture Center Master空三數據處理軟件還能借助南方影像處理平臺，對平臺內的信息和資源進行良好運用，也能及時檢測云處理平臺的硬件系統等運行情況。云處理平臺切實為無人機數據處理提供了強大的后臺支撐，極大地提高了無人機數據處理的工作效率，加快了大比例尺地形圖的繪制進程[4]。

將外業采集的數據導入ContextCapture Center Master，開始第一次空三計算，計算成功后輸入像控點進行第二次空三計算，最終完成三維模型的提取。通過對三維圖形的可視化處理就能夠真實還原地表的影像數據，便于直觀明了地觀察到地表全貌和地形分布特征，最終繪制項目所需1∶500地形圖。

4.4 自檢自查

測繪工程是一門嚴謹的學科，所以自檢自查是任何測繪項目必不可少的一環，通過自檢自查能有效避免錯誤并保證測量精度[5]。本案例利用無人機進行1∶500地形圖測繪通過內外業的自檢自查，保證了項目所需的精度。

5 結束語

無人機傾斜攝影的數據獲取涵蓋了攝影時間、飛行、影像分辨率、補攝重攝等，都是影響質量的關鍵。因此，在進行無人機傾斜攝影作業時，要設計好航線，將飛行的時長、高度以及攝影旁向重疊度燈預先設定好，將相關數據嚴格控制在設定的取值內，再進行飛行拍攝。在拍攝完成后，要檢查獲取的影像質量，分辨率、顏色飽和度、層次等都要達到預定標準，一旦出現較明顯的質量問題，就要適時考慮補攝或者重攝，以保障數據獲取的質量及精度。文章分析了無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖繪制中應用，詳細闡述了無人機傾斜攝影技術的具體應用及相關質量控制內容。由此可見，無人機傾斜攝影技術在建筑工程測繪、大比例尺地形圖測繪中的應用價值，不僅能有效滿足具體的精度測量要求，還能切實提高測繪工作的開展效率，為測繪工作質量提供保障。實踐也表明該技術在其他廣大領域同樣得到了良好的應用，相信今后無人機傾斜攝影技術的應用范圍也會更加廣闊，能夠為更多行業工作的開展提供便利。