低空無人機傾斜攝影測量在城區綜合竣工測量中的應用

王福麗，韋 鋮，紀海英，李宇博

(1.青島城市學院，山東 青島 266106； 2.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266000；3.青島市海陸地理信息集成與應用重點實驗室，山東 青島 266000)

無人機測繪儀器體積較小，攜帶輕便，測量過程方便快捷，可實現測區的多次重點測量監測，較以往傳統測繪更經濟、更安全[1-2]。無人機傾斜攝影技術可獲取高分辨率影像，構建實景三維模型，結合三維立體量測技術[3]，可將測繪成果數據從二維空間升至三維空間，全方位、立體化地采集綜合竣工要素。該測量和數據處理方法有助于提高工作效率，降低測量工作勞動強度[4]。

1 無人機傾斜攝影

該過程是按照設計方案將具有高清鏡頭的相機安裝在無人機上進行測量。對航攝儀鏡頭方向進行設置，可以實現多個角度的高清照片拍攝，照片影像可以提取測區的POS數據。在獲得地面控制點的高精度點位坐標后，可通過軟件獲得測區的實景三維模型。根據實際項目需求，提取測區測點的點云數據、DOM等成果。

低空無人機進行攝影測量時，外業測量的無人機飛行高度應比飛機等飛行器的攝影測量高度要低，以提高像片的重疊度。創建模型時，除了必要觀測之外，還需要較多的觀測數據。應通過高精度的地面控制測量獲得地面控制點坐標，結合控制點坐標重新建立三個維度的模型，再進行數據處理，可獲得精度較高的測點坐標數據。

1.1 像控點的布設

在無人機傾斜攝影實施過程中，像片控制點的布設極為重要。采用區域網布設方法，在測區內設置相應數量的控制點，結合實際地形及像片數據，粗略設定像片控制點的位置。具體選取時要在平坦整齊且測量標志較明顯的地面上。常見的有道路斑馬線上的拐角頂點、行車道箭頭直角交點、籃球場地的垂直相交的點等。如果測量區域沒有較明顯的特征點，需在攝影測量之前在地面人為設置較穩定的像片控制點標志。

1.2 低空無人機航空攝影

測區位于某城區姜山鎮，地勢平坦。外業航空攝影通過四旋翼飛行平臺，搭載超清航拍相機，鏡頭方向垂直地面拍攝一組影像，得到地物頂面紋理；鏡頭方與垂直方向成45°夾角拍攝，分別獲取地物前后左右4個方向的側面紋理，獲取5個角度的高分辨率影像數據。無人機飛行控制在離地面105 m的垂直距離，航行方向的重疊設置為80%，垂直于航行方向設置為75%的重疊。整個項目方案需設置28條航線，采集影像1 384張。航飛前布設5個外業像控點及4個檢查點，用于空中三角測量的解算及其精度驗證。

2 實景三維模型的建立

將無人機傾斜攝影獲取的多角度影像數據，利用Smart3D自動建模技術完成實景三維模型的創建。

2.1 創建過程

創建項目。進行數據預處理，通過布爾莎七參數模型將原始 POS 數據由WGS84大地坐標系轉換為青島市2000國家大地坐標系，將高程數據轉換到1985國家高程系統。加載無人機影像數據，導入處理后的POS數據及高精度的控制點數據，建立Smart3D工程。

傾斜攝影空中三角測量。提交第一次空中三角測量，進行自由網空中三角測量；根據高精度的像控點數據，進行刺點工作，完成區域網空中三角測量，獲取精確的外方位元素，獲取加密點三維坐標。

實景三維模型生成。該過程是將上一步驟獲得的成果按塊分成多個模型，獲取高密度的點位數據，創建三個維度的模型，結合由5個角度采集的紋理上的數據生成三個維度的實景模型。

2.2 1∶500綜合竣工圖測繪

本地三維傾斜模型的加載。該過程采用EPS數據處理軟件，利用數據轉換功能將生成的三個維度的實景模型轉換成數字表面模型，分別加載本地傾斜模型(DSM模型)和本地超大影像數據(DOM影像)，實現三維模型和二維影像的聯動。基于本地傾斜模型的空間信息，直接進行地形要素的空間量算及三維坐標采集。從整體上采集道路信息、房屋信息，在局部上采集對應的附屬實施信息，如管道線路、獨立點的高程等。該方案可對采集的房檐信息進行糾正，使調繪工作更簡單，提高成果輸出效率。

外業補繪與調繪。基于內業處理的三維模型及相關數據進行總體檢查，對相關區域進行外業測繪，以實現核查和補充。對內業實景三維模型無法測量、辨認的地物，通過現場外業調繪進行實地確認，包括以下幾種情況：利用軟件內業進行地物、地貌的基本信息判讀，需對相關數據進行核實、確定性質、錯誤改正；因三個維度的實景模型發生形狀變化或不夠清晰，導致地物、地貌信息無法準確獲取；軟件創建的模型中有些地物走向及彼此之間的連接方式無法正確辨別；內業處理無法實現實際地物注記信息判讀，如道路名稱、廠房名稱等；外業調繪必須實測一定量的檢核點，用于精度評定。

3 精度分析

3.1 空中三角測量精度

經過空三加密處理，自由網的精度為0.86pix。通過空中三角測量生成控制點和檢核點的精度報告可知，控制點水平中誤差為0.010 m，高程中誤差為 0.001 m，點位中誤差為0.010 m。檢核點位在水平方向的誤差為0.039 m，垂直誤差為0.041 m，位置誤差為0.057 m。

3.2 平面及高程精度分析

平面精度。根據外業實測特征點的平面坐標與實景三維模型上同名點的平面位置比較進行平面精度檢查，并進行統計分析。對項目中的20個點的坐標進行分析，根據相關平差計算獲得的位置精度在平面上均不超過0.15 m，中誤差為0.087 m，符合綜合竣工技術要求。

高程精度。該過程是通過同一測點在內業三個維度的實景模型中的高程坐標與其在外業實際測量獲得的高程坐標比較計算，采用上述的20個測點的高程數據進行分析，中誤差為0.048 m，高程誤差的最大值為0.06 m，符合綜合竣工測量的技術要求。

4 結語

將低空無人機傾斜攝影技術應用于綜合竣工測量，結合青島某城區綜合竣工測量進行了相關方案設計及實施。該方案可以建立三個維度的實景模型，通過高精度的像片控制點糾正，在內業即可實現綜合竣工要素的繪制。對該項目中的測點進行統計分析，驗證了該方案設計符合綜合竣工技術要求，為該城區綜合竣工測量提供了一種新的解決方案。