低空傾斜攝影測量在馬瀝村大比例尺測圖中的應用

摘要：低空高分辨率傾斜攝影測量是近年來興起的一項熱門技術，以廣州市白云區鐘落潭鎮馬瀝村大比例尺測圖為例，介紹運用低空高分辨率傾斜攝影建模與大比例尺測圖技術。在大比例尺地形圖測繪方面，相較于傳統航測和人工測圖技術，該方法具有減少外業人員勞動強度，外業采集更自主、更高效的優勢，為城市密集區域地籍調查、農村土地確權、國土規劃用圖等領域以及在其他不方便外業人員作業的山區、高危地勢地區開展大比例尺測圖提供參考。

關鍵詞：傾斜攝影低空高分辨率大比例尺測圖應用

ApplicationofLow-AltitudeObliquePhotogrammetryintheLarge-ScaleTopographicalMappingofMaliVillage

CAIXiaozhenXIAZhen

（GuangdongProvincialLandResourceSurveyingandMappingInstitute，GuangZhou，GuangdongProvince，515000China）

Abstract：Low-altitudehigh-resolutionobliquephotogrammetryisapopulartechnologythathasemergedinrecentyears.Withthelarge-scaletopographicalmappingofMaliVillage，ZhongluotanTown，BaiyunDistrict，GuangzhouCityasanexample，thispaperintroducestheuseoflow-altitudehigh-resolutionobliquephotogrammetryformodelingandthelarge-scaletopographicalmappingtechnology.Inthemappingoflarge-scaletopographicalmaps，comparedwithtraditionalaerialsurveyandmanualmappingtechnologies，thismethodhastheadvantagesofreducingthelaborintensityoffieldworkersandmakingfieldcollectionmoreindependentandefficient，whichprovidesareferenceforcarryingoutlarge-scaletopographicalmappinginthefieldsofcadastralsurveyinurbanintensiveareas，rurallandownershipconfirmationandlandplanningmapping，aswellasothermountainousareasandhigh-riskterrainareaswhereitisinconvenientforfieldworkerstooperate.

KeyWords：Obliquephotogrammetry;Lowaltitudeandhighresolution；Large-scaletopographicalmap;Application

大比例尺地形圖測繪是測繪領域一項基礎性工作，也是自然資源管理、工程建設、國防安全等領域重要的基本資料，其獲取方法歷來就是測繪地理信息領域重要的研究課題[1-2]。大比例尺測圖的方法經歷了傳統的白紙測圖、數字化電子速測儀測圖、中小比例尺航空攝影測量測圖、計算機地圖制圖等不同的階段[3-4]，勞動強度和成圖質量都得到極大程度的提高。通過攝影測量、激光點云、三維建模等方式化傳統外業為“內業為主，外業為輔”的工作模式，進一步降低工作強度，解放勞動生產力，仍然是重要的研究課題。

低空高分辨率傾斜攝影是一項新興測繪技術，實施的方式有多種，但以無人機傾斜攝影的方式開展仍是當前的主流方式，它不僅可以用來進行大比例尺測圖等工程化應用，還能應用在河流流量估算等科學研究領域[5-7]。低空無人機航空攝影設備普遍具有體積小、重量輕、易于搭載多型傳感器、飛行高度低、分辨率高、精度可靠，數據處理軟件效率高的優勢[8-9]，可以有效提升傳統地形圖測繪的工作效率。當前利用無人機傾斜攝影方式進行大比例尺地形圖測繪，對高大建筑物、地物遮擋區等部位測量仍具有一定局限，本文就如何利用低空無人機航空攝影數據建立實景三維模型，制作真正射影像（TDOM），消除高大建筑物等地形遮蔽，快速獲取大比例尺地籍地形圖（1∶500）做技術探討，其方法可為低空無人機地形圖制作提供參考借鑒。

1研究概況與任務概括

本文選取馬瀝村作為研究區域。該區域位于廣州市白云區鐘落潭鎮，地處珠三角平原區，農村建筑物相對密集、部分區域有高層建筑，地形特征有代表性，同時該區域無禁飛區，有利于低空航攝工作開展，其測區范圍如圖1所示。

在組織實施方面，飛行技術人員及外業測量人員2人，內業編輯人員10人。本研究采用旋翼無人機進行低空數據采集，利用多個起降架次完成測區傾斜攝影測量數據的覆蓋。其所涉及的航攝設備情況如表1所示。

以業界領先的ContextCapture進行影像數據處理，先構建立體模型，產生OSGB格式的實景三維模型、真正射影像，再以交互式方式采集點、線、面等矢量要素，結合標準地形圖圖例樣式生產地形圖。

2技術路線

技術路線是開展技術研究的核心步驟的集合。本文的技術路線主要分數據采集、數據處理、成果輸出、地形圖制作、精度檢驗和成果提交6個階段開展工作。

3項目實施

3.1數據采集

本次任務區共計1.5km2，通過傾斜攝影方式獲取3.3萬張高清照片，對應的POS記錄齊全，影像層次清晰，無嚴重扭曲變形的問題。設計地面分辨率為0.2m，考慮到需要外擴一定范圍，選擇晴天、通視條件良好的天氣，13個架次分2d完成航攝，具體的航攝參數如表2所示。

3.2控制點與檢核點選取

控制點資料為外業人員在測區范圍內獲取30個點位的像控信息，坐標系為CGCS2000。其中，23個點作為空三加密的像控點，另外7個點作為檢查點，用來對三維模型成果精度進行檢查。為驗證內業采集獲取的地形圖成果的精度，選擇兩個局部地區進行外業全要素采集，共采集了545個特征點，與內業地形圖成果進行坐標比對，計算得到絕對誤差。紅色框中為選取的2個外業打點區域如圖2所示。

3.3數據預處理

包括資料檢查和空三計算與優化兩大方面工作內容。具體如下。

（1）航拍影像檢查：原始影像覆蓋整個任務區，且航向和旁向重疊度滿足要求；數據沒有波段丟失，航飛外業記錄數據齊全。影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調一致，有較豐富的層次、能辨別與地面分辨率相適應的細小地物影像。

（2）POS數據質量檢查：偏心分量測定精度滿足要求；GPS信號無失鎖，衛星數量滿足要求；時間信號無重復或丟失；IMU數據正常且連續；IMU/GPS數據處理精度滿足要求。

（3）航飛質量檢查：航向和旁向重疊度滿足設計要求，無絕對漏洞或相對漏洞。

（4）控制點檢查：控制點分布、精度、數量滿足要求；控制點文檔資料齊全無缺失。

（5）初步空三計算：對應好照片和POS數據，導入ContextCapture（簡稱CC），進行整體連接點匹配計算，連接點不能完全匹配，就需要再次計算或手動加入連接點來輔助計算。空三成果如圖3所示。

（6）控制點刺點：為給模型成果提供絕對地理坐標系，空三完成之后刺入像控點和檢查點，微調控制點位置，與空三自由網進行聯合平差。

3.4數據生產

3.4.1實景三維建模

啟動CC軟件，加載上一步平差后精度合格的空三成果，劃分模型格網，采用GPU優先的計算方式，生成OSGB格式的實景三維模型，同時生成未處理畸變的正射影像，實景三維模型如圖4所示。

3.4.2真正射影像（TDOM）制作

利用空三成果與實景三維模型，以三維模型中的瓦片（tile）為單位生產局部真正射影像，然后進行拼接處理，制作任務區真正射影像。

3.4.3內業測圖

利用內業測圖軟件對前面生成的實景三維模型成果、空三成果以及真正射影像進行數據導入，創建工程文件，然后在軟件中進行點、線、面的采集，并按照規范進行圖層與要素的屬性錄入。測圖成果為初級線劃圖，經軟件導出為CASS格式，采用CASS軟件進行圖形數據編輯，生成1∶500地籍地形圖數據如圖5所示。

3.5精度檢測

實景三維模型成果已測圖成果完成后，采用內業數據對比與外業檢查的方法分別進行精度檢測。首先，根據已有的大比例尺地形圖成果，內業比對檢核模型及測圖成果的相對精度；其次，在成圖成果挑選兩塊局部區域，外業采集要素點，與測圖成果進行比對，得到測圖成果的絕對精度。精度檢測結果如下。（1）模型成果精度：將未參與空三平差的部分控制點作為模型精度檢測點，經計算，模型X方向平均誤差為0.0068m，Y方向平均誤差為0.0026m，符合項目精度要求。（2）測圖成果精度：通過外業實地打點檢核，與內業采集的點進行對比，計算中誤差可知，測圖成果的平面中誤差為0.03m，滿足1∶500大比例尺地形圖測制要求。

4分析與結論

本文以無人機傾斜攝影方式獲取低空高分辨率影像，進行實景三維模型重建、制作真正射影像（TDOM），消除了建筑物的投影誤差，在此基礎上進行內業測圖，具備如下優勢和特點。

4.1幾種作業模式對比

本文對當前常見的幾種生產制作地形圖的模式進行對比，其結論如表3和表4所示。與人工測圖模式相比，傾斜攝影方式制作大比例尺地形圖可以大幅度節約人力資源成本，同時可以在較低生產成本、較短作業周期的條件下獲取到精度較高的成果。對比傳統人工航測方式，以無人機傾斜攝影作業具有需要人員較少、成本相對較低、精度高、適用性強的特征，但在航飛穩定性和影像覆蓋面方面顯得不足。

4.2精度和效率保障

經檢測，采用的低空高分辨率傾斜攝影測量方法合理，精度可靠，合格率高達99.1%，滿足相關規范要求。

4.2.1成果精度保障

從技術路線來看，成果的來源是以“傾斜攝影數據獲取”開始的，因此，影響精度的最根本因素是航飛質量。只有高質量、高精度的傾斜攝影航片，才能生產出高精度的實景三維模型。在此基礎上，才能獲得好的測圖成果。理論上航高越低越有利于保證精度，但低航高帶來的航線數量成倍增加，導致影像成倍增加，為內業處理帶來很大負擔。因此，選取合適的航高是作業的關鍵。

4.2.2作業效率保障

在作業步驟上，可大致分為3個環節：航飛數據獲取，實景三維建模、測圖與編圖。各工序為上下級關系，不能并行處理，因此，提高每一步的工作效率都將對整體作業效率帶來提升。

4.3消除了建筑物的投影誤差

本文數據處理過程中先生成正射影像（TDOM），再進行內業地形要素采集，由于TDOM具備只能看到建筑物的頂部，不會發生建筑物之間的遮蓋，可以有效提高內業要素采集的真實性和有效性。

參考文獻

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