無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在測繪大比例尺地形圖中的應(yīng)用

摘 要：本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例，提出了基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)所獲得的實(shí)景三維模型測繪大比例尺地形圖的方法，探索了基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測繪地形圖的方法， 驗(yàn)證了在實(shí)景三維環(huán)境下測繪大比例尺測圖的可行性及其精度，在實(shí)際生產(chǎn)中有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；傾斜攝影測量；大比例尺地形圖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.098

1 概述

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是測繪領(lǐng)域近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，可通過在同一飛行平臺搭載多臺傳感器，從一個(gè)垂直，4個(gè)傾斜等 5個(gè)角度同步曝光采集影像，獲取真實(shí)地物信息。相比較傳統(tǒng)常規(guī)三維建模技術(shù)工藝，該技術(shù)具有工期短、成本低、精度高、多數(shù)據(jù)源、成果類型多，三維場景真實(shí)、建模過程自動(dòng)化等無可比擬的優(yōu)勢，結(jié)合具體生產(chǎn)項(xiàng)目，詳細(xì)地闡述了利用三維實(shí)景模型在測繪大比例尺測圖的可行性。

實(shí)景三維是抽象回歸現(xiàn)實(shí)、所見即所得、精準(zhǔn)可量測的三維環(huán)境，具有高精度、高效率、高真實(shí)感的特點(diǎn)?；跓o人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲得的全要素實(shí)景三維，探索測繪大比例尺測圖的可行性、方法及其精度。這將使大比例尺測圖大幅度的減少外業(yè)工作量和作業(yè)成本，提高作業(yè)效率，對整個(gè)測繪行業(yè)產(chǎn)生重大的影響，這顛倒了過去從大比例尺測圖到三維模型構(gòu)建的思想，打破了過去大量依靠人工外業(yè)采集的測量模式，顛覆了傳統(tǒng)的航空攝影測量。

2 基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測繪地形圖的方法及其精度

本文以固定翼無人機(jī)為基礎(chǔ)，選取了新疆兵團(tuán)某團(tuán)場面積約6.8平方公里為試驗(yàn)區(qū)域。航攝飛機(jī)平臺選用IFAUAV-3高效高精度測繪無人機(jī)、集成了5臺4240萬像素的索尼 α7 RII數(shù)碼照相機(jī)、使用可對垂直和傾斜影像進(jìn)行快速直接地理定位蒼穹P8差分系統(tǒng)進(jìn)行航攝，航攝影像分辨率優(yōu)于5cm為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過構(gòu)建全要素實(shí)景三維環(huán)境下的大比例尺測繪方案，用Smart3DCapture軟件構(gòu)建實(shí)景三維模型，通過EPS清華山維軟件平臺實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化成圖。最終用全野外散點(diǎn)檢測地形圖的平面和高程是否滿足比例尺為1：1000的地形圖精度要求。

2.1 空中三角測量

傾斜攝影測量空三加密：傾斜攝影采用多視影像聯(lián)合平差充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關(guān)系，采用軟件Smart3DCapture，結(jié)合POS系統(tǒng)提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果。同時(shí)建立連接點(diǎn)和連接線、控制點(diǎn)坐標(biāo)、GPU/IMU輔助數(shù)據(jù)的多視影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程，通過聯(lián)合解算，確保平差結(jié)果的精度。Smart3DCapture軟件的空三報(bào)告中，重投影中誤差控制在0.5個(gè)像素左右，最大不超過0.55個(gè)像素，若超過0.55個(gè)像素建議航攝組重飛。

2.2 測繪大比例尺地形圖

將構(gòu)建好的實(shí)景三維模型導(dǎo)入EPS清華山維軟件，利用三維模型進(jìn)行全要素采集。通過構(gòu)建一體的多視角三維測圖環(huán)境，形成嚴(yán)格成像關(guān)系下的精密重建，彌補(bǔ)了下視影像的視角、分辨率、遮擋等局限。

實(shí)現(xiàn)了在真三維環(huán)境中高精度的地形采集、屋檐改正、部件測量、地貌采集等，大幅降低外業(yè)調(diào)繪的工作強(qiáng)度，保證地形圖繪制質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

利用EPS清華山維軟件平臺數(shù)字化成圖無需佩戴立體眼鏡，可以降低對航測人員的要求，其數(shù)據(jù)庫的圖形管理模式，可媲美CAD的圖形編輯功能。

2.3 精度檢測

試驗(yàn)區(qū)域地形為平地，1：1000地形圖成圖基本等高距為1米，高程注記精確到0.1米。參照CH/T 9006.1—2010《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500 1∶1000 1：2000數(shù)字線劃圖》的規(guī)定，比例尺為1：1000地形圖的精度應(yīng)滿足以下要求：平面中誤差≤0.3m，高程中誤差≤0.4 m。按照全野外散點(diǎn)采集每平方公里30個(gè)，在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)均勻分布共計(jì)290個(gè)散點(diǎn)，點(diǎn)位大多選取無投影差的地方，如斑馬線、房角、路沿石、涵洞口等。最終用全野外散點(diǎn)檢測試驗(yàn)區(qū)域平面中誤差為0.23m， 高程中誤差為0.18m，完全可以滿足比例尺為1：1000的地形圖精度要求。

3 結(jié)論

由以上試驗(yàn)方法及其精度驗(yàn)證了基于無人機(jī)傾斜攝影測量的實(shí)景三維模型測繪大比例尺地形圖的可行性， 目前可滿足1：1000地形圖精度需求。通過提高航攝平臺差分系統(tǒng)、航攝影像質(zhì)量、數(shù)據(jù)處理方法等技術(shù)手段，能否達(dá)到比例尺為1：500的地形圖精度要求有待探索。

參考文獻(xiàn)：

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[3]CH/T 9006.1—2010.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500 1∶1000 1：2000數(shù)字線劃圖[S].

作者簡介：于晶晶（1986-），女，新疆呼圖壁人，本科，中級工程師，研究方向：無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展前景，從事工程測量、航空攝影測量工作。