應(yīng)用無人機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)約時間，提高工作效率，同時還能提高測圖質(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? 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)是一項新興技術(shù)，發(fā)展相對較快。它不僅可以真實地反映地面物體的狀況，而且可以大大降低當前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)展提供了強大的動力，因為它提供了許多信息特征，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)。該過程復雜且工作量繁重。許多學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，進行攝影測量建模，對模型內(nèi)部進行地形測繪，驗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軟件進行地形圖的勾繪，對其方法及其特點進行研究。

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）準備工作：準備工作包括安裝無人機DJ電池和螺旋槳以及連接DJ GS Pro軟件，參數(shù)設(shè)置以及在已知點安裝基站收集靜態(tài)數(shù)據(jù)并測量天線高度。（2）起飛：準備工作完成后，打開相機電源，單擊軟件以起飛。觸摸屏無人機會收到指令，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，無人機可以根據(jù)飛行計劃選擇一定的時差拍照。當無人機在電池電量不足的一半位置時，換上新電池，然后選擇在斷點處飛行。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：無人機在飛行過程中完成所有航線，然后按照指定的設(shè)置到達返回高度，并根據(jù)飛行計劃緩慢降落在分支點上，并降落在該地區(qū)的指定位置;空中任務(wù)完成后，將導出所有航拍圖像數(shù)據(jù)進行檢查，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，如果出現(xiàn)上述情況，請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。點擊菜單欄區(qū)塊，選擇導入?yún)^(qū)塊，在計算機中找到區(qū)塊文件，導入即可，影像數(shù)據(jù)自動導入進去了?？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，編輯控制點信息，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，然后等待計算機執(zhí)行空三的計算。由于數(shù)據(jù)量很大，請持續(xù)按住更長的時間并耐心等待。

計算空三后，單擊右下角的新重建項目，單擊空間框架，然后切割該塊。由于整個塊空間太大且計算機無法滿足要求，因此必須將其切成塊進行重建，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)并減少重建時間模型的模型生產(chǎn)結(jié)果可以采用多種格式?？梢愿鶕?jù)不同需求選擇不同的生產(chǎn)格式。此建模需要導入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，在格式選項中選擇相應(yīng)的格式進行重建。

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)建一個新項目，并將ContextCapture生成的建模結(jié)果導入EPS，索引文件是必需的。菜單在3D映射子菜單中啟動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)實生活表面模型。轉(zhuǎn)換后，將在數(shù)據(jù)文件中生成一個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影響地形圖。此時，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行勾畫即可。

3? 精度分析

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

然后用EPS將模型導入，選擇4個檢查點，在三維模型界面找到對應(yīng)的檢查點，查看模型上的坐標，與實際坐標進行對比，計算兩者誤差大小。模型坐標與實地坐標對比如表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)約時間，提高工作效率，同時還能提高測圖質(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。

參考文獻

[1] 劉家橘.傾斜攝影三維建模在礦山恢復調(diào)查中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2020，18（7）：48-50.

[2] 吳熠文. 基于無人機傾斜攝影測量的建（構(gòu)）筑物三維形貌測量技術(shù)[D].長沙：湖南大學，2019.

[3] 袁曉鑫. 無人機大比例尺測圖技術(shù)及應(yīng)用研究[D].合肥：安徽理工大學，2019.

[4] 于麒.消費級無人機在宜居改造項目中的應(yīng)用與研究[D].長春：吉林大學，2019.

[5] 王挺，黃爾雙.傾斜攝影測量在農(nóng)村房地一體調(diào)查中的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2020（3）：133-135.

[6] 原明超，仇俊.無人機傾斜攝影測量在三維模型測圖中的應(yīng)用[J].測繪通報，2020（7）：116-119.

[7] 楊亞彬，謝思梅，謝榮安.無人機傾斜攝影測量技術(shù)在不動產(chǎn)更新測繪中的應(yīng)用[J].測繪通報，2020（7）：108-111.

[8] 王文凱，黃昆學，李夢，等.傾斜攝影測量數(shù)據(jù)輕量化處理技術(shù)研究[J].測繪通報，2020（9）：123-126.