傾斜攝影測量技術在積石山地震應急測繪保障中的應用

摘" 要：該文旨在探討傾斜攝影測量技術在積石山地震應急測繪保障中的應用。積石山地震作為一個典型的自然災害事件，對于快速、準確的應急測繪保障提出極高的要求。傾斜攝影測量技術以其獨特的高分辨率、高效率和大范圍覆蓋能力，為地震應急測繪提供新的解決方案。該文詳細介紹傾斜攝影測量技術在積石山地震中的應用案例，分析在實際應急測繪生產中的關鍵技術環節和流程，并展望該技術未來的發展趨勢和方向。

關鍵詞：傾斜攝影；積石山地震；應急測繪保障；高分辨率；三維模型

中圖分類號：U495" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）25-0185-04

Abstract： The purpose of this paper is to discuss the application of oblique photography in the emergency surveying and mapping of Jishishan earthquake. As a typical natural disaster event， Jishishan earthquake puts forward high requirements for rapid and accurate emergency surveying and mapping. Oblique photography provides a new solution for earthquake emergency mapping because of its unique high resolution， high efficiency and wide coverage. In this paper， the application case of oblique photography in Jishishan earthquake is introduced in detail， the key technical links and processes in the actual emergency surveying and mapping production are analyzed， and the future development trend and direction of this technology are prospected.

Keywords： oblique photography; Jishishan earthquake; emergency surveying and mapping support; high resolution; 3D model

積石山地震作為一次嚴重的自然災害，給當地人民生命財產安全帶來了巨大威脅。在地震應急響應過程中，快速、準確的測繪保障至關重要。傳統的攝影測量技術受限于分辨率和覆蓋范圍，難以滿足地震應急測繪的高效需求。近年來，隨著低空無人機及微型化傾斜航攝儀的研發和使用，以無人機、動力三角翼、直升機等為航飛平臺，搭載輕量化、非量測型小相機開展傾斜攝影技術逐步成熟，所應用的后處理軟件也逐步增多。這種模式航飛靈活、成本低，可獲取超高分辨率影像，滿足后期高精度實景三維建模及1∶500、1∶1 000等大比例尺測圖。傾斜攝影測量技術的快速發展為地震災后應急測繪問題提供了新的解決方案。本文將從傾斜攝影測量技術的原理出發，結合積石山地震應急測繪的實際情況，探討了該技術的應用效果與前景。

1" 傾斜攝影測量技術原理及優勢

傾斜攝影測量技術是一種基于無人機或有人機搭載傾斜相機的攝影測量技術，通過在空中多角度的對地表對象進行拍攝獲取多視角影像數據[1]，并基于攝影測量影像匹配理論，得到大量的同名點，構建相片之間的相對和絕對空間位置關系，最終得到地表地物的高分辨率實景三維模型。當前常用的無人機傾斜攝影測量技術，是集傾斜攝影測量與無人機遙感于一體的高新技術，是一種實用性強的實景真三維攝影測量技術，具有真實性強、精度高、快速生產的特點，非常適合作為統一的空間載體，極大地彌補了基于正射影像分析應用的不足。該技術具有高分辨率、高效率和大范圍覆蓋等優勢，能夠快速獲取災區的高精度地理信息，從而為地震應急測繪提供有力支持。

2" 應用案例

在積石山地震應急測繪保障中，傾斜攝影測量技術發揮了重要作用。通過無人機搭載五鏡頭相機對災區進行了拍攝，獲取了高精度、高分辨率的數碼影像，生產的三維模型為大比例尺地形圖生產、災區評估、救援路線規劃、災后重建等工作提供了有力支持。同時，傾斜攝影測量技術還快速更新了災區地理信息，為應急指揮決策提供了實時、準確的數據支持。其總體技術流程如圖1所示。

2.1" 無人機類型選擇

隨著無人機軟硬件技術的飛速發展，出現了各種各樣功能各異的無人機，針對不同的項目要求可擇優采取最適用的機型。固定翼無人機航速相對較高，所采用傳感器鏡頭焦距較長，無線通信距離較遠，適合長距離、高空大面積航攝，效率較高；多軸型無人機航速較低，鏡頭焦距相對較短，通信距離相對有限，可定點、定角度航拍或繞拍，適合低空拍攝，必要時可進行貼近攝影，對復雜建筑物局部細節進行超高分辨率拍攝，為后期處理提供更清晰的紋理和細節信息。

就本項目而言，主要對災區房屋、道路、橋梁等相關設施進行傾斜攝影，復雜地物相對較少，因此，采用了縱橫CW-15垂直起降型固定翼無人機完成了大部分區域的傾斜攝影，個別區域采用了大疆DJI-M300無人機進行了補充拍攝。

2.2" 起降場地選擇

充分收集當地各種地圖及衛星影像資料并進行分析，對預航攝建筑物周邊區域進行實地踏勘，了解測區典型的地形及地物特征，尤其關注測區周邊是否存在機場或航線，區域內是否存在高大建筑物或架空高壓線及線塔等。根據無人機的起降方式，尋找并選取適合的起降場地，場地一般要求相對開闊，附近沒有密集人口和各種信號干擾源等。

以本項目中的安集鎮測區為例，起降場地選擇在測區西部山梁空地處，可較好地避開區域內的電力線塔等高大構筑物，且通視、通信良好。

2.3" 航線規劃設計

航線規劃設計主要包括航高確定、攝區范圍覆蓋及航線重疊度設計。無人機飛行的相對高度和續航時間是飛機的重要安全考慮因素。設計飛行高度應高于攝區和航路上最高點100 m以上；設計航線總航程應小于無人機能到達的最遠航程。無人機傾斜攝影的飛行高度是航線設計的基礎。航攝高度需要根據任務要求選擇合適的地面分辨率，然后結合傾斜相機的性能[2]。設計攝區范圍覆蓋時，一般要求進行必要的外擴，以保證測區均在有效航攝范圍內，避免測區邊緣出現漏攝。

航飛高度和外擴距離按下面公式計算

航飛高度（m）=相機鏡頭焦距（mm）×地面分辨率（m）/像元尺寸大小（mm）；

外擴距離（m）=航飛高度（m）×tan（鏡頭傾斜角）+基準面高（m）－低點高（m）+半個像幅的水平投影距離（m）。

設計重疊度時需要考慮所攝對象由于地物遮擋或拍攝角度等造成地物模型結構的空洞等問題。一定程度提高航攝影像的重疊度，如75%～85%的重疊度設置，一般能較好地確保模型效果。當建筑物存在較復雜部分時可針對該區域進行補充航飛，通過增加影像拍攝的重疊度或更多角度、多航高飛行來獲取更多的原始影像的方法進行解決，必要時利用大疆小型多軸型無人機進行定點定向拍攝，獲取盡可能多的影像紋理數據，為后期建模處理提供數據源。

2.4" 像控點布設及測量

傾斜攝影是利用航攝像片與所攝目標之間的空間幾何關系，根據少量像片平面控制點和高程控制點，計算待求點的平面位置、高程和相片外方位元素的測量方法[3]。像控點是航空攝影測量解析空三加密和測圖的基礎，是為了保證空三的精度、確定地物目標在空間中的絕對位置，其位置的選擇、平面位置和高程的測定直接影響到內業成圖的精度[4]。傾斜攝影測量技術相對于傳統攝影技術在影像重疊度上要求更高，傳統的航測規范關于像控點布設要求不適合應用于高分辨率無人機傾斜攝影測量技術。無人機通常采用 GPS 定位模式，自身帶有POS數據，對確定影像間的相對位置作用明顯，可以提高空三計算的準確度[5]。

為了保證像控點測量精度，使像控點點位在影像上成像盡可能清晰，保證內業刺點精度，在施測前需先在測區內噴繪地標，形狀如圖2所示，大小一般為50～80 cm，可通過試拍影像以確保能準確識別，并做好點之記及點位分布略圖以方便內業使用。像控點測量采用RTK圖根點測量方式，施測時須檢測測區內所有已知點。對每個控制點觀測歷元數不少于10次，初始化觀測不低于2次，多次觀測值差值要求符合規范并取平均值，否則進行重測。

2.5" 空三計算及三維建模

在空三平差前，需完成影像數據的整理及預處理，對不同架次、不同航攝時間的影像色調、色彩、明暗度和對比度等進行一致性處理，對有云霧、臟點、污點影像進行挑選。

空三平差根據輸入的相片初始外方位元素，計算包括傾斜影像在內的所有影像的地表投影范圍，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在各級影像上進行同名點自動匹配和自由網光束法平差，得到同名點匹配結果；同時，通過連接點和控制點坐標并結合POS信息，實現多視角影像自檢校區域網平差迭代計算，通過多次反復聯合解算，最終得到符合精度要求的空三成果[6]。在平差迭代計算過程中，必要時進行人工干預，檢查連接點分布情況和連接強度，利用軟件內部提供的工具進行人工連接點修改，確保誤差不超限。空三完成后，質量評價指標主要包括： 檢查點、像控點、連接點誤差是否在限差以內；是否存在相片漏網情況；自動匹配的連接點分布是否合理或錯誤，密集點云是否存在空洞、分層或飛點等情況。

Smart3D 中構建三維模型時，根據空三計算的相片外方位元素和具備定位信息的TIN模型進行自動紋理映射，生成具備高精度定位的實景三維模型成果，并提供給后續工序使用。

2.6" 地形圖數據生產

本項目中采用傾斜攝影裸眼3D與套合正射影像采集要素相結合的作業模式進行內業采集。采用南方idata平臺進行裸眼3D立體測圖，采集依比例及用符號表示的地物時，應以測標中心切準輪廓線或拐點連接，采集不依比例尺表示地物時，就以測標中心切準基點、 結點、 定位線，對模型不清楚，無法準確定位時，務必在相應位置做標記，以便外業補測[7]。裸眼3D立體測圖如圖3所示。

本部分將結合積石山地震應急測繪保障中的實際案例，詳細分析傾斜攝影測量技術的應用效果。通過對比分析傳統攝影測量技術與傾斜攝影測量技術在應急測繪中的表現，進一步凸顯傾斜攝影測量技術的優勢。

3" 案例效果分析

傾斜攝影測量技術在積石山地震中的應用取得了顯著成效，不僅大幅縮短了數據生產的時間，還提高了測繪數據的精度和可靠性，為災區評估、救援路線規劃和災后重建等工作提供了有力支持。相比傳統的測量方式和數據獲取手段，基于傾斜實景三維模型數據采集的高精度地形地物要素，不受時間和空間的約束，可大幅減少外業實地調查的工作量，提高生產作業效率，更大程度地保障人員安全，為應急測繪保障提供數據資料。

4" 技術展望

傾斜攝影技術具備的高分辨率、高效率和大范圍覆蓋等優勢，能夠快速獲取災區的高精度地理信息，為應急指揮決策提供了實時、準確的數據支撐，三維模型的直觀展示，使得救援指揮能夠更加精準地部署救援資源，有效提升了救援效率。

采用該技術采集的二、三維一體的地理空間信息成果，成果形式多樣，可廣泛應用于不動產調查、土地變更調查、行政執法、征地拆遷、地質災害防治，以及公安、消防、醫院、疾控、城建、規劃和緊急救援等領域，社會效益明顯[8]。該技術的發展和應用推廣，不僅僅使得空間信息從二維延伸到三維，更重要的是會給測繪領域帶來革新，所構建的三維模型及三維空間信息服務平臺將成為行業應用的基礎空間信息支撐，也必將催生行業應用的極大變革。

參考文獻：

[1] 易玉.無人機傾斜攝影測量在河道帶狀地形圖測量中的應用分析[J].城市建設理論研究（電子版），2018（14）：93.

[2] 百度文庫.最新無人機航攝安全作業安全規程資料[Z].

[3] 陳硯國.無人機低空遙感技術發展及行業應用概述[J].價值工程，2018，37（7）：164-165.

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[5] 顧廣杰，張坤鵬，劉志超，等.淺談無人機傾斜攝影測量技術標準[J].測繪通報，2017（8）.

[6] 趙雷，包銀麗，袁翔東，等．城市實景三維模型制作工藝研究[C]//云南省測繪地理信息局，云南省測繪地理信息學會.云南省測繪地理信息學會2016年學術年會論文集．昆明市測繪管理中心，２０１６：７．

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[8] 王玉振.基于傾斜攝影測量技術的不動產數據采集系統平臺構建研究[J].河南水利與南水北調，2023，35（2）：90-92.