應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測量的校園地形圖更新測繪研究

陳榮

摘? 要：傳統(tǒng)的地形圖測繪常采用全站儀和RTK外業(yè)采集數(shù)據(jù)，程序復(fù)雜且工作量大，本文結(jié)合廈門某校園測繪工程案例，探討了無人機(jī)傾斜攝影測量在大比例尺測圖中的應(yīng)用，結(jié)果表明，傾斜攝影與EPS結(jié)合的三維測圖可一定程度解決這一問題，能大大減少外業(yè)的人力物力，節(jié)約時(shí)間，提高工作效率，同時(shí)還能提高測圖質(zhì)量和精度，因此不久的將來傾斜攝影技術(shù)用于地形測繪將成為新趨勢。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)? 傾斜攝影測量? EPS? 大比例尺

Abstract： Traditional topographic mapping usually uses total station and RTK field work to collect data. The program is complex and the workload is heavy. This paper discusses the application of UAV tilt Photogrammetry in large-scale mapping based on a campus surveying and mapping project in Xiamen. The results show that the three-dimensional mapping combined with tilt photography and EPS can solve this problem to a certain extent and greatly reduce the manpower and material resources of field work， It can save time， improve work efficiency， and improve mapping quality and accuracy. Therefore， in the near future， tilt photography technology will become a new trend in topographic mapping.

Key Words： CIAV; Tilt photogrammetry; EPS; Large scale

傾斜攝影測量技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，發(fā)展相對(duì)較快。它不僅可以真實(shí)地反映地面物體的狀況，而且可以大大降低當(dāng)前3D城市建模的高成本，并大大提高3D城市建模的速度。該技術(shù)為智慧城市的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，因?yàn)樗峁┝嗽S多信息特征，可以構(gòu)建三維城市模型，為智慧管理提供了便利條件。傳統(tǒng)的地形圖和勘測通常使用全站儀和RTK字段來收集數(shù)據(jù)。該過程復(fù)雜且工作量繁重。許多學(xué)者制作正射影像圖的特征和地形屬性，但是正射影像圖是二維平面，難以識(shí)別內(nèi)部圖形上的邊界線，并且精度低。如果將正射影像圖和三維模型結(jié)合起來使用，將大大提高地形圖的測繪效率，解決精度問題。本文以廈門某校園為例，進(jìn)行攝影測量建模，對(duì)模型內(nèi)部進(jìn)行地形測繪，驗(yàn)證建模精度和地形圖結(jié)果，可以滿足1：500的地形圖精度要求。

1? 測區(qū)概況

該校占地面積約500多畝，測區(qū)內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，樹木林立，建筑物較多，校園內(nèi)人工湖、丘陵眾多，高差較大，最大達(dá)到200多m，此外校園內(nèi)人流、車流量較大，因此給傳統(tǒng)測圖帶來諸多不便。

2? 傾斜攝影測量三維建模

我國目前大部分的地形測量都是使用傳統(tǒng)的全站儀及GPS外業(yè)測量，不僅耗時(shí)耗力，效率較低，且成本較高。本文使用ContextCapture建模成果聯(lián)合EPS軟件進(jìn)行地形圖的勾繪，對(duì)其方法及其特點(diǎn)進(jìn)行研究。

2.1 傾斜攝影測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集

這次的主要任務(wù)是完成校園建模工作?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)收集過程如下。

（1）準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備工作包括安裝無人機(jī)DJ電池和螺旋槳以及連接DJ GS Pro軟件，參數(shù)設(shè)置以及在已知點(diǎn)安裝基站收集靜態(tài)數(shù)據(jù)并測量天線高度。（2）起飛：準(zhǔn)備工作完成后，打開相機(jī)電源，單擊軟件以起飛。觸摸屏無人機(jī)會(huì)收到指令，然后開始盤旋和上升，上升到指定的高度并飛向航線?？梢愿鶕?jù)項(xiàng)目情況合理選擇飛行高度。飛行高度設(shè)定為70m。（3）飛行路徑：無人機(jī)升至指定高度后，將根據(jù)地面站設(shè)置沿路徑飛行。在飛行過程中，無人機(jī)可以根據(jù)飛行計(jì)劃選擇一定的時(shí)差拍照。當(dāng)無人機(jī)在電池電量不足的一半位置時(shí)，換上新電池，然后選擇在斷點(diǎn)處飛行。這次，將航向重疊率設(shè)定為80%，將橫向重疊率設(shè)定為70%。（4）降落：無人機(jī)在飛行過程中完成所有航線，然后按照指定的設(shè)置到達(dá)返回高度，并根據(jù)飛行計(jì)劃緩慢降落在分支點(diǎn)上，并降落在該地區(qū)的指定位置;空中任務(wù)完成后，將導(dǎo)出所有航拍圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，主要是檢查空中任務(wù)的執(zhí)行是否與設(shè)置相符，并檢查POS數(shù)據(jù)和RTK數(shù)據(jù)是否一致。照片質(zhì)量曝光過度、模糊或抖動(dòng)，如果出現(xiàn)上述情況，請(qǐng)重新拍攝或重置飛行路線。如果沒有質(zhì)量問題，可以繼續(xù)進(jìn)行第二次飛行。

2.2 三維模型構(gòu)建

三維建模流程如圖1所示。打開Context-Capture軟件，點(diǎn)擊工程，新建工程，編輯工程名稱（工程名稱不能為中文），選擇工程文件位置。點(diǎn)擊菜單欄區(qū)塊，選擇導(dǎo)入?yún)^(qū)塊，在計(jì)算機(jī)中找到區(qū)塊文件，導(dǎo)入即可，影像數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入進(jìn)去了?？稍诟乓锌吹接跋駭?shù)據(jù)信息及區(qū)塊信息，區(qū)塊3D視圖效果。

選擇控制點(diǎn)，編輯控制點(diǎn)信息，單擊右上角提交空中三角測量并配置參數(shù)。定位模式自動(dòng)為垂直，因此根據(jù)輸入圖像的方向調(diào)整塊的垂直方向，并且塊的大小和方向保持任意。單擊提交，然后等待計(jì)算機(jī)執(zhí)行空三的計(jì)算。由于數(shù)據(jù)量很大，請(qǐng)持續(xù)按住更長的時(shí)間并耐心等待。

計(jì)算空三后，單擊右下角的新重建項(xiàng)目，單擊空間框架，然后切割該塊。由于整個(gè)塊空間太大且計(jì)算機(jī)無法滿足要求，因此必須將其切成塊進(jìn)行重建，并縮小區(qū)域以縮小塊以從周圍區(qū)域中刪除多余的數(shù)據(jù)并減少重建時(shí)間模型的模型生產(chǎn)結(jié)果可以采用多種格式。可以根據(jù)不同需求選擇不同的生產(chǎn)格式。此建模需要導(dǎo)入EPS并在Acute3DViewer中執(zhí)行可視化。因此，這一次，有必要分別重構(gòu)兩種格式的結(jié)果。osgb格式和.3mx格式。因此，在格式選項(xiàng)中選擇相應(yīng)的格式進(jìn)行重建。

創(chuàng)建模型后，您可以在Acute3DViewer中查看.3mx格式的數(shù)據(jù)的效果，只需在指定的文件位置中將其打開即可。

2.3 基于EPS 1∶500地形圖測繪

打開EPS軟件，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，并將ContextCapture生成的建模結(jié)果導(dǎo)入EPS，索引文件是必需的。菜單在3D映射子菜單中啟動(dòng)osgb數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并通過傾斜的照片數(shù)據(jù)文件目錄和metas.xml文件生成DSM現(xiàn)實(shí)生活表面模型。轉(zhuǎn)換后，將在數(shù)據(jù)文件中生成一個(gè)DSM文件，然后加載本地傾斜模型，在.data文件中選擇DSM文件并打開它。

加載模型后，在3D界面中編輯特征。首先繪制房屋，然后從工具欄選擇在住宅區(qū)建造房屋。由于它不是普通房屋，因此使用了拆除墻壁的方法。

傾斜模型中的植被或高層建筑通常會(huì)影響地形圖。此時(shí)，可以剪切并顯示模型。切割后，可以繪制道路（如圖2所示）。

畫道路首先使用快捷方式畫一條道路邊線，再使用平行線畫法畫另一條道路邊線。然后勾畫植被，植被的勾畫利用其他地物的邊線作為邊界，如果沒有其他地物，則使用地類界圍起來，并使其閉合。邊界畫完后，使用快捷方式“G”進(jìn)行填充，填充前選擇植被編碼類型。其他地物按照以上畫圖方法進(jìn)行勾畫即可。

3? 精度分析

利用三維測圖來進(jìn)行1∶500地形圖測量要看是否滿足其精度，因此需要進(jìn)行精度驗(yàn)證。利用RTK技術(shù)布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，以同樣方式在測區(qū)均勻布設(shè)幾個(gè)檢查點(diǎn)，便于內(nèi)業(yè)后期檢查。在建模過程中，空三計(jì)算完畢后，選擇輸入像控點(diǎn)坐標(biāo)，將事先在現(xiàn)場測好的像控點(diǎn)坐標(biāo)輸入進(jìn)去，再次進(jìn)行空三計(jì)算。然后建模，這樣建立出來的模型和國家坐標(biāo)系統(tǒng)一，在畫圖時(shí)，可以隨時(shí)查看模型每一點(diǎn)的坐標(biāo)。

然后用EPS將模型導(dǎo)入，選擇4個(gè)檢查點(diǎn)，在三維模型界面找到對(duì)應(yīng)的檢查點(diǎn)，查看模型上的坐標(biāo)，與實(shí)際坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算兩者誤差大小。模型坐標(biāo)與實(shí)地坐標(biāo)對(duì)比如表1所示。

數(shù)據(jù)顯示，三維測圖精度大約在5cm左右，由于模型分辨率的影響，導(dǎo)致誤差偏大，但如果模型分辨率好，精度便可提高。正常分辨率在3～5cm左右，所以三維測圖的精度是可以滿足1∶500地形圖精度要求的。

4? 結(jié)語

傳統(tǒng)的野外地形圖測繪對(duì)于外業(yè)人員來說無疑是一件十分頭疼的事情，但采用傾斜攝影與EPS結(jié)合的三維測圖可一定程度解決這一問題，能大大減少外業(yè)的人力物力，節(jié)約時(shí)間，提高工作效率，同時(shí)還能提高測圖質(zhì)量和精度，因此不久的將來傾斜攝影技術(shù)用于地形測繪將成為新趨勢。

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