傾斜攝影測量技術在大比例尺基礎測繪工程中的應用分析

［關鍵詞］傾斜攝影測量技術；基礎測繪工程；大比例尺地形圖

無人機傾斜攝影測量技術具有靈活性高和自動化程度強的特點，將其應用在大比例尺基礎測繪工程中，打破傳統數據采集弊端，通過全方位對數據進行測量，對原始影像進行準確獲取，提高數據獲取質量和效率，利用其自動化的優勢，有效減少人力、物力的投入，保證大比例尺地形圖的精準測繪，滿足測繪工程需求。

1. 傾斜攝影技術概述

傾斜攝影技術作為近年來發展的一項高新技術，打破了傳統的正射影像只能從垂直角度拍攝的局限。其主要原理是借助無人機航拍技術對所測區域不同角度的信息進行采集，實現全方位的覆蓋。在此基礎上，利用同名點坐標，采取密集匹配算法，對多視覺匹配影像進行精準獲取和處理，在保證三維坐標信息準確的基礎上，構建三維模型，實現大比例尺基礎測繪工程的精準測繪[1]。

2. 大比例尺基礎測繪工程中傾斜攝影測量技術的應用分析

2.1采集地形數據信息

數據采集質量與大比例尺地形圖測繪的優質性有著直接的關系，相比傳統的數據信息采集技術，傾斜攝影測量技術在對信息進行采集時，基于檢測點精準定位后，通過在無人機上搭建多個傳感和通信設備，從多個維度對數據進行測量，有效拓寬測量范圍，獲取精準的測繪信息。

測量方法如下：基向量以Δx、Δy、Δz形式呈現，在此基礎上，將基準站坐標與設置的基線向量進行有效結合，可快速獲取所拍攝照片的點位空間坐標，借助轉換參數，對流動站中所拍攝點的平面坐標進行轉換，將坐標設為（X，Y），海拔設為H，在布置的控制點中可以快速獲取地圖影像（圖1）。

傾斜攝影航高以H?表示，航攝影像地面分辨率以p表示，f表示為鏡頭焦距，c表示影像像元尺寸。以低空數字航空攝影規范為依據，對像片的航向重疊度和旁向重疊度進行設置，分別設置為60%～80%、15%～60%，并將無人機的飛行速度控制在6 m/s，曝光間隔控制在2 s，結合傾斜攝影測量控制點布置情況，對航線間隔進行準確設置，借助其自動化特點，根據定位系統和坐標系統，對測繪區域的信息進行精準定位和準確獲取[2]。

值得注意的是，為保證成像的效果，在測量過程中要將外在環境因素考慮到位，對無人機的飛行狀態、曝光延遲補償拍攝等技術進行實時監控，實現對測量范圍的全方位覆蓋，為避免出現攝影漏洞，提高影像的清晰度，可以借助空中三角測量技術，對存在的不足部分進行有效調整，保證圖像采集的完整度。

2.2處理地形測繪數據

在對地形圖測繪數據采集完畢后，要做好數據的處理工作。采集到的信息，借助無人機中的設計裝置，以電子信號的形式，準確傳入地面控制終端，將其統一儲存在系統數據庫中，以計算機等技術為載體，借助數據解壓、格式轉換等方式，對原始文件進行解壓、分析，根據數據處理需求，對解壓后的信息進行分類，將無效的數據信息進行篩除，避免出現亂碼，保證遺留下的信息符合大比例尺地形圖的繪制要求，對于處理后的信息要將其統一歸納儲存，確保數據的完整性和安全性。

在處理時，對于大比例尺地形圖測繪數據主要采用靜態控制測量方法。將其目標函數設置為g，可知：

式中，大比例尺地形圖測繪數據特征點集合以m表示；有效信息集合處理以j表示；圖像清晰度以v表示；f表示為圖像完整度；P、C 分別表示為大比例尺地形圖測繪數據的失真權值和點云數據集合；X 指的是控制點空間點坐標；q 表示無人機的個數。通過上述公式對采集到的測繪數據進行處理，以保證各項數據符合大比例尺地形圖的繪制需求。

2.3校正異常圖形

在對影像圖片進行采集時，因其主要以無人機搭載的方式開展，應用的相機并非專業測量相機，受內方位元素以及相機因素影響，經常出現鏡頭畸形，對影像照片造成影響。為將畸變情況降到最低，對圖形的校正成為重中之重[3]。對于采集后的圖像，可以借助編號檢索功能，使其自動匹配成DSM，對畸變的圖像進行濾波、糾正，使其形成數字正射影像，提高數據的處理效率。也可以采用最直接的方法，將原始狀態圖像中的影像元素，以相機畸變的總改正方程方式進行校正，以保證圖像的清晰度和完整度。

方程表示如下：

x、y 分別表示為影像坐標下的影像點坐標；Δx、Δy分別表示為影像點坐標的校正值；r 表示為變化系數；λ1、λ2表示為畸變系數；圖像主點以x0、y0 表示；β 表示影像元素傳遞的非正方形比例系數；I1、I2 表示偏心畸變系數；影像元素傳遞的非正交性畸變系數主要以γ 表示。在此基礎上對影像點坐標進行校正，在確保像素灰度一致的基礎上，對畸變的圖像進行糾正，提高數據信息精準度。

2.4合理劃分地類邊界

在建立模型前，要對其地類邊界進行合理劃分，為模型的構建夯實基礎。對于全局邊界的獲取可以采用全局化邊界概率輪廓檢測方法，借助簡單線性迭代聚類超像素，對整體輪廓進行合理細化，確保在同一測量區域內，將不同的地類邊界輪廓按照標準進行清晰劃分。對于區域內不相關的邊界，在對其進行消除時，可以采用組合圖像的方式，獲取全局信息，在確定所需要區域邊界后，對不相關的邊界進行有效剔除。

在對全局化邊界概率輪廓檢測時，從檢測過程（圖2）中可獲取二維制邊界地圖，為測量區域全局的輪廓檢測質量提供保障。值得注意的是，在應用傾斜攝影測量技術時，因采集到的圖像涵蓋內容較多，為保證數據精細度，以及為細節輪廓提供依據，使用的像素要以簡單線性迭代聚類超像素為主，將多維空間中的圖像像素考慮到位。

圖像坐標（x，y）定義下，JD 表示迭代聚類超像素；l1表示空間中的顏色相似性；l2表示為圖像中的像素接近度；u表示增加空間接近度的權重，用來歸一化的網格間隔以v表示，以此獲得更精密的超像素，減少圖像的光譜輪廓被邊界黏附，保證地類邊界劃分的合理性。

2.5構建三維實景模型

集合大比例尺地形圖測繪數據屬性要素，主要包括測繪勘查區名稱、編號、面積以及測繪內容，在應用無人機傾斜攝影測量技術的前提下，測繪的信息會以支持系統迭代分析數據格式的方式呈現，在此基礎上，對大比例尺地形圖測繪數據屬性進行分析，確認無誤后，將其制作成電子信息表。但以表格的方式展示，具有一定的局限性，為提高數據的可視化水平，需要構建三維實景模型，實現大比例尺地形圖測繪數據3D繪圖自動存儲器管理。

三維地形實景模型構建前，對于正射影像底圖須給予重視，要確保在地物平面坐標的基礎上開展工作，以保證三維地形實景模型的構建質量。要先制作Web交互式三維動畫，借助HTML腳本方式，對大比例尺地形圖測繪數據進行渲染，在保證三維模型中同一點的高程坐標基礎上，借助OpenGL ES 2.0程序對大比例尺地形圖測繪數據的API進行構建，對文檔對象模型接口進行設置，將二維地形圖以更直觀的三維地形實景模型的方式呈現。為發揮大比例尺地形圖測繪數據3D繪圖自動存儲功能，可以借助Java Script軟件進行協同[4]。值得注意的是，在構建三維模型時，因測繪區域內包含的信息較多，不僅有居住區域、道路的邊界，還包含耕地、植被、河流等自然信息，所以對于各類邊界的輪廓要重視，以確保三維模型的構建與劃分的邊界一致。

2.6 測繪大比例尺地形圖

在對大比例尺地形圖進行測繪時，要在三維模型基礎上，借助Auto CAD 2010平臺和地形地籍成圖軟件，開展地形圖繪制工作。將處理好數據信息和校正后的圖像，上傳到地形地籍成圖軟件，將數據中的點位按照要求進行規范顯示，形成多元化的數據源，為大比例尺地圖測繪提供依據。對于潛在的信息不可忽視，可以借助信息識別系統，對多元測繪工程信息內容進行深入分析，對數據進行正射校正，保證精準，在此前提下，對其分辨率進行設置，開展調色工作，利用多景影像的鑲嵌功能，繪制等深線，并將信息進行標注，提高測繪作業的質量和效率。

3. 傾斜攝影測量技術在基礎測繪工程中的應用

3.1工程案例

本工程為安徽省合肥市肥東縣測圖項目，測區介于東經114°54'～119°37'，北緯29°41'～34°38'，測區范圍房屋較為密集，地勢以山區、平原、丘陵為主，該項目主要是對安徽省合肥市肥東縣進行城市規劃，對資源的種類、數量和分布情況進行測繪，采用低空拍攝的方式生成正攝影像。

3.2 測繪前準備工作

在實施機構方面，由資料收集、影像處理、數據生產和圖件制作幾部分構成；設備方面包括操作系統、遙感影像處理軟件、影像解譯軟件以及專業制圖軟件，數據獲取設備為大疆經緯M600無人機+AP3400R Pro三鏡頭傾斜相機，包括垂直相機1臺和傾斜相機3臺，生產作業人員共投入30 名。根據測繪區域的實際情況，航測作業面積3.6 km2，將其分為5大區塊，20架無人機進行低空拍攝，航飛高度控制在180 m，航向重疊度和旁向重疊度分別設置為85%和80%，使用的影像為85639張。

3.3作業流程

3.3.1布置和測量像控點

在該測繪項目中，因測量的范圍較大，涵蓋的信息較豐富，為將地面控制點布置的數量降到最低，減少其密度和工作人員的任務量，保證項目POS使用機載的高精度，在對其像控點進行布置時，要將控制點設置在6個以上[5]。在無人機進行航測時，不同架次之間要設置重疊區域，相鄰的架次之間要設置邊緣控制點，為實現區域的全覆蓋，保證無人機的精準測繪，要提前做好規劃，并制定布設方案，對像控點的測量工作進行嚴格控制，一般其平面點位精度要控制在5 cm以內，誤差控制在0.013 m；高程點位精度也不可超過5 cm，誤差在0.004 m以下，以保證測量質量。

3.3.2數據采集

在對內業進行采集時，要對以下幾種情況重視：其一，開展房屋信息采集工作時，因墻面紋理存在拉伸或不平整，導致墻面、墻角比較隱蔽的位置數據信息不易被采集，如存在不確定的情況，在外業時需要對其重新測量；其二，對于房屋屬性無法校準時，要在其位置標記“未調繪”，以確保外業可以重新調繪；其三，當隱蔽區域不易采集時，要根據采集的位置，作出大致位置的采集，在不確定的位置進行標記，為補測工作提供依據[6]。在本工程獲取數據時，采用全球導航定位系統和慣性導航系統對測繪區域數據進行分析，可知姿態數據、原始航攝影像數據精準度較高，無人機在航拍過程中高度、航向重疊度均符合要求，拍攝出的紋理較為清晰。

3.3.3構建三維模型

本項目中共20架無人機，因數據信息較多，為保證模型的構建質量，可將其分為5個區域，每個模塊中包含4個架次。將航飛POS導入奧維地圖，相鄰的4個架次為一個作業區，建設5個block，將影像數據、POS數據導入其中，利用空中三角測量技術對其進行有效處理。在此基礎上，將相控數據導入其中，開展像控刺點，再次進行空中三角測量處理，處理結束后，對相片控制點精度進行檢測，確保滿足測圖要求后，將5個block合并進行模型生產，形成實景三維模型[7]。

3.4成果精度檢測

通過對平面位置精度、高程精度進行驗證，對檢查點中的三維坐標與實測坐標進行比較和計算，平面位置和高程誤差均在誤差范圍內（表1），可知無人機傾斜攝影測量技術在本工程中的應用符合《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測量外業規范》，對大比例尺基礎測繪工程具有推進意義。

4. 結論

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術對大比例尺地形圖工程項目的測繪具有重要意義，符合現代化測繪工程的需求。本文圍繞數據采集、數據處理、圖像校正、實景三維模型構建以及大比例尺地形圖測繪進行分析，可知無人機傾斜攝影測量技術，可以提高測繪效率，保證測繪數據的精準度。