無人機傾斜攝影測量技術在大比例尺地形測繪中的應用

陳 玲

（新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆 烏魯木齊 830091）

過去在進行地形測繪工作當中，采用的儀器主要為水準儀、經緯儀、全站儀和GPS等，通過這些儀器設備的應用，對于相應比例精度要求下的數據開展收集工作，這些傳統的測量儀器設備在應用過程當中需要非常大的勞動力投入，勞動強度比較大，而且很難保證測繪效率與質量，測繪工作周期較長，還具有很高的成本投入，可視化程度不高，無法實現大比例尺地形測繪快速成圖，尤其測繪工作開展過程當中，面對某些地形地貌復雜、環境條件較為惡劣的地帶，給測繪工作的開展帶來巨大的難度，測繪效率很難保障，而且測繪精度也大幅降低，難以實現地形圖成果的精準及時獲取。基于無人機傾斜攝影測量技術現已成為大比例尺地形測繪工作當中重要的技術手段。此項技術的應用，使傳統攝影測量工作當中僅能夠對地面要素頂部紋理信息以及高度信息進行獲取得不足得到了有效改善，而且實際應用過程當中不會遭受天氣和云層方面的干擾。測繪工作開展過程當中運用低空無人機，將多臺傳感器進行搭載，便可從垂直以及不同傾斜角度，對測繪對象開展同步影像采集，而且能夠對大視場角以及高分辨率詳盡地物地貌信息進行獲取。影像采集過程當中，無人機的飛行高度、速度、姿態，位置以及重疊度等相關信息可以通過機載傳感器完成自動記錄。在大比例尺地形圖測繪工作當中，應用無人機傾斜攝影測量技術，使得傳統大比例尺地形測繪工作當中諸多不足得到有效克服，還可以將無人機高分辨率以及高時效性、成本投入低、能耗低、可重復性和低風險等各種優勢充分的發揮出來，提供多元化的產品，便于更加高效的對大比例尺地形圖DEM、DOM 及 DSM 等進行制作，另外還能對地物點云自動生成，實現地面三維實景建模。為了對大比例尺地形測繪工作當中應用無人機傾斜攝影測量技術的可行性進行驗證，下文當中以某村大比例尺地形測繪生產為例，探討分析無人機傾斜攝影測量技術的實際應用。通過相應的試驗表明，大比例尺地形測繪工作當中運用無人機傾斜攝影測量技術可以有效保證測繪精度和效率，值得進一步推廣應用[1，2]。

1 無人機傾斜攝影測量技術

（1）無人機傾斜攝影測量原理。對于無人機傾斜攝影測量技術而言，是利用無人機平臺對傳感器進行搭載，并同時從垂直以及多個傾斜角度對影像進行采集，對地物真實信息快速還原，通常運用五鏡頭以及兩鏡頭傾斜攝影系統，無人機傾斜攝影測量技術實現多角度同時觀測，是一種現代化的測量技術手段，不但可以利用各種視角對影像進行同步采集，對地物頂部與側視高分文理進行獲取，地物信息反應非常真實，而且紋理信息獲取精度很高。并借助現代化的定位融合建模技術手段，快速形成三維地面模型，為大比例尺數字地面信息高精度，高效率的進行采集奠定了堅實的基礎（圖1、圖2）。

圖1 傾斜攝影測量影像獲取方式

圖2 傾斜攝影測量模塊

（2）無人機傾斜攝影測量作業流程。過去在開展大比例尺地形圖測繪工作當中，主要的作業包括 “三內二外”， 即通過內業對相關資料進行收集，同時開展外業數據采集，并對草圖進行繪制。再者通過內液對矢量化地物信息進行分類，如進行配準以及空三、格式轉換; 實施外業調繪，并對位置以及類別信息進行反饋；通過內頁手段進行編輯分幅整飾，實施立體測圖發布成果。傾斜攝影測量技術相較于傳統測量形式基本類似，但大大簡化了工作流程。如圖3所示。

圖3 無人機傾斜攝影測量作業的流程圖

外業工作開展之前，首先針對研究區進行相應的資料收集，如控制點信息、高程基準與坐標系統、地名資料以及地形圖成果等。同時結合任務開展相應的設計工作，向業務部門進行報送完成審批，對無人機航飛方案進行制定，并完成空域申請工作，對無人機傳感器搭載類型充分明確，并對其地面分辨率充分明確，并對其飛行高度及其架次、重疊度等予以明確。在適宜外業采集影像基礎上。根據設計的行策方案，采集像控點坐標以及傾斜攝影測量的相關數據。對于內業工作而言，主要涉及預處理相關數據，進行空三加密，并保證點云數據生成，構建三維實景模型。運用多視影像密集匹配技術對點云數據高精度獲取，還可通過聯機計算對處理內業數據的時間有效縮短，劃圖采集大比例尺地形線，可以與三維模型以及DOM充分結合，并參照點云，保證地物精確判讀，高效率的采集相關數據。

2 試驗及結果分析

（1）試驗區概況。研究區為2.66km2面積大小，為省級貧困村，為農村環境得到有效改善，當地政府部門要求對26個貧困村1:500地形圖快速的進行獲取，研究區為這次26個貧困村當中，綜合整治農村人居環境的村莊之一。研究區主要為一些居民住宅樓，和一些附屬生活設施，還分布一些少量菜地。運用GPS與全站儀開展作業，因研究區當中居民樓達到80%左右，而且彼此之間存在較小的間距，分布也比較隨意，這就會形成一定遮擋作用，無法運用GPS進行測量，全站儀由于不法對無數轉點與引點工作進行構建，影響測量精度，導致測量工作難以符合1：500 地形測量工作要求。規劃的飛行航線以及預設的參數參見圖4。

圖4 飛行航線規劃及參數預設

這是試驗過程當中內業主要運用Smart3D CaptureTM 系統，是有Bentley 公司所生產，開展空三解算，設置相控點以及點云生成與三維重建，研究區三維地面模型參見圖5，把構建的三維模型向EPS 3DSurvey 軟件（北京山維公司）導入，根據相關要求，與三維地形模型和點云數據充分結合，針對研究區開展矢量化全要素地形采集。

圖5 試驗區三維地面模型

完成相應的工作之后，并開展收集匯總工作，通過內業手段對不準確的區域以及模糊區域進行判讀，向外業作業人員告知，并實施外業調繪工作，并合理地進行整飾修改，在此基礎上，對1:500地形圖測圖工作高效完成。

（2）精度評定。為了對研究區地形圖進行相應的檢驗，了解和掌握獲取的地形圖成果是否和相關地形圖精度要求相符合，外業工作人員在研究區通過靜態RTK模式，對十個檢查點進行采集，了解和掌握檢查點的分布情況，數字地面模型相同位置對檢查點以及坐標點展開分析對比，獲得的結果參見表1。

表1 同位置三維數字地面模型采集點與檢查點對比表

通過相應的計算獲得，點位當中達到± 0.0134m誤差范圍，高程方面達到0.09m的誤差水平，結合工程測量相關規范城鎮建筑區1:500地形要求，誤差在地物點位當中主要為≤30 mm，誤差在高程當中為≤1 /3hd = 0.167m。通過這些不能發現，1:500地形圖測繪工作當中，運用無人機傾斜攝影測量技術，能夠有效確保測量精度，符合大比例尺地形測繪相關精度要求，因此，在大比例尺地形圖測繪工作當中，可以大力推廣應用無人機傾斜攝影測量技術。

3 總結

文中在對大比例尺地形圖測繪過程當中，運用無人機傾斜攝影測量技術，針對研究區開展1:500地形圖測繪工作，通過相應的研究試驗發現，大比例尺地形圖測繪工作當中，利用無人機傾斜攝影測量技術，不但能夠大幅提高工作效率和質量，還能控制和減少人力物力方面的投入，測量精度符合相關要求。并利用試驗對比，相較于傳統航測技術手段，傾斜攝影測量技術，使得測圖效率大幅增強，降低了工作人員的勞動強度，還能夠多樣化的對相關產品進行生成，不但能夠將傳統線劃圖提供出來，而且還能將數字地面三維模型準確的提供出來，并能將正射影像以及DEM 與DSM 產品提供出來，所以在未來大比例尺地形圖測繪工作當中，應當充分重視無人機傾斜攝影測量技術的應用。