傾斜攝影在地形圖測繪中的應用研究

張官進 梁麗麗 劉苗苗 寧玲玲 袁平

【摘 要】 針對傳統(tǒng)大比例尺測圖方法存在工作量大、人工成本高、效率低等問題，本文提出采用傾斜攝影測量技術進行地形圖測繪的方法。利用無人機傾斜攝影測量高效、便捷和三維數(shù)據(jù)采集的技術特點，對六安市部分地區(qū)房地一體化項目運用無人機傾斜攝影測量技術采集影像，并對影像重建生成實景三維模型，最后將采集成果精度與傳統(tǒng)外業(yè)測量精度進行對比分析和精度驗證。結果表明，檢測點平面位置和高程的中誤差分別為0.04 m、0.11m，成果滿足1∶500地形圖精度要求。綜上，傾斜攝影測量技術測量精度高，能有效提高測圖作業(yè)效率，降低成本，可以廣泛推廣應用于土地調(diào)查項目。

【關鍵詞】 傾斜攝影測量技術;點云;大比例尺地形圖;實景三維模型

【中圖分類號】 P232 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0097-03

地形圖測繪常采用GPS-RTK與全站儀結合的全野外實地測量方法，該方法具有精度高、工作量大、周期長、成本高等特點。隨著無人機技術的發(fā)展，傾斜攝影越來越多地應用到測繪項目中，無人機的五鏡頭可以方便、靈活地獲取多角度清晰影像，突破了GPS-RTK與全站儀結合的散點測量，實現(xiàn)了垂直、前、后、左、右各45°傾斜等五個不同角度的面測量。根據(jù)影像快速自動生成的實景三維模型可以全要素反映地面情況，且傾斜攝影技術簡單，外業(yè)作業(yè)量小，工期短。綜上，本文擬以測區(qū)為例，把傾斜攝影技術應用到大比例尺地形圖測繪中，并對測圖精度進行研究。

無人機發(fā)展較晚，傾斜攝影出現(xiàn)時間短，專家學者對無人機航測的研究較少。原喜屯等針對河南省房地一體項目的具體要求，設計了傾斜攝影測量的技術流程。付博等利用傾斜攝影測量技術獲取江西省撫州市的某圖書館影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了圖書館的三維模型構建。曲林等完成了傾斜攝影高、中、低空測量解決方案。李冬森等實現(xiàn)了城市土地利用動態(tài)監(jiān)管。C.L.Kang.等利用UAV傾斜攝影測量技術在廣西龍脊梯田景區(qū)設計了智慧旅游方案。李森盛等以傾斜攝影立體測圖技術針對甘肅某農(nóng)村的權籍測量提出測量技術指標要求。張淑玲等就全國各省農(nóng)村房地一體確權登記頒證工作，提出了利用無人機傾斜攝影三維模型測繪房地一體確權要素。

綜上，傾斜攝影技術優(yōu)點突出、應用范圍廣。為進一步研究其在測繪大比例尺地形圖方面的應用，本文以六安市韓擺渡鎮(zhèn)某村為例，利用傾斜攝影獲取地面物體影像，經(jīng)ContextCapture軟件處理后生成模型，模型矢量化為地形圖，在地形圖中獲取部分特征點坐標并與RTK實地采點相比較，驗證該方法的精度可靠性。研究路線如圖1所示。

1試驗概況與數(shù)據(jù)處理

1.1測區(qū)概況

以韓擺渡鎮(zhèn)某村為研究區(qū)域，該區(qū)域經(jīng)緯度坐標為東經(jīng)116°，北緯31°。研究區(qū)域近1km2，研究區(qū)屬淠河沖積平原，測區(qū)內(nèi)整體地勢起伏相對平緩，交通狀況良好，便于無人機傾斜攝影測量工作的進行。根據(jù)測區(qū)范圍及現(xiàn)場踏勘情況，共布設14個像控點，像控點位于公路等空曠位置，清晰、無遮擋。

1.2數(shù)據(jù)采集設備

本研究采用大疆精靈Phantom 4RTK無人機，此款無人機自帶定位和POS系統(tǒng)，操作簡單、便攜易用。影像質(zhì)量決定模型精度，為得到高質(zhì)量影像，依據(jù)無人機傾斜攝影測量技術規(guī)范設置航向、旁向重疊度、航高、攝影角度等航攝參數(shù)。

1.3影像處理

在Context Capture中檢查影像信息，因系統(tǒng)及外界原因，部分影像缺少組件及POS等關鍵信息，需刪除影像信息不全及缺少POS的影像。影像應分布合理，較為完整;航向及旁向距離均勻;影像在一個平面內(nèi)，無明顯分層，航飛質(zhì)量較高。

1.4空中三角測量

根據(jù)規(guī)范，航攝區(qū)域范圍內(nèi)至少含有3個像控點，像控點需提前用油漆等標定在地面上，坐標用RTK實測。測區(qū)內(nèi)布設的14個控制點均清晰呈現(xiàn)在像片內(nèi)，根據(jù)要求，每個控制點均需在A、E、S、W、X等5個視角下刺點。

像控點坐標導入后，每個像控點需在五個鏡頭下分別點刺，刺點完成后進行第二次空中三角測量。空中三角測量完成后，影像應平整無起伏，地面影像無錯位，3D視圖清晰。如圖2所示為空中三角測量成果圖。

空中三角精度報告可直接反應空中三角測量的精度，主要包括X、Y方向和3D誤差。如表1所示為空中三角精度報告部分內(nèi)容。

由表1可知，空中三角加密控制點X、Y方向的中誤差均小于5cm，重投影誤差小于一個像素，3D誤差在15cm以內(nèi)。根據(jù)《規(guī)范》，空中三角加密后的航飛影像滿足重建三維模型的精度要求，如圖3所示為測區(qū)局部三維模型。

2精度分析

2.1地形圖繪制

對三維模型進行矢量化，包括建筑物外部輪廓和線狀地物的繪制、高程提取、地形圖修飾。根據(jù)建筑物側(cè)面形狀數(shù)據(jù)信息，繪制建筑側(cè)面輪廓基點，形成閉合線狀要素，利用三維模型確定建筑物的空間特征，匹配建筑物屬性信息。繪制完成后對照傾斜攝影模型完成地圖注記，通過地圖符號和設計等修飾繪制要素。

2.2成果及其精度分析

在測區(qū)范圍內(nèi)選取特征點，分別獲取特征點的實測坐標與圖上坐標，計算特征點外業(yè)實測坐標與所繪地形圖上相應地物點的測量坐標X、Y、Z方向的殘差值，計算平面及高程中誤差。如圖4所示為各方向殘差值折線圖。

由圖4可以看出，Z軸方向的中誤差比平面中誤差大，Z軸最大誤差和最小誤差分別為0.18m和0.05m，平面中誤差較小，最大誤差為0.06m，最小誤差為0.02m，滿足《1∶5001∶10001∶2000數(shù)字地形圖測繪規(guī)范》中精度要求。

綜上，利用航飛影像生成三維模型后繪制的地形圖精度較高，可用于繪制1∶500大比例尺地形圖。

3結論

本文以韓擺渡鎮(zhèn)某村為例，闡述了傾斜攝影測量的技術流程，利用傾斜攝影測量技術完成了三維建模及地形圖繪制，通過比較野外實測坐標與地形圖采集坐標，得出如下結論：

利用上述方法繪制的地形圖，平面中誤差為4cm，高程中誤差為11cm，滿足大比例尺地形圖規(guī)范要求;

傾斜攝影測量保留了原有建筑物的空間結構，提高了地籍圖成果的精度，與其他傳統(tǒng)測圖技術相比，成圖時間減少50%以上，人員減少70%，降低了測圖成本，適用于小區(qū)域快速測繪大比例尺地形圖;

文中提出的方法具有一定的實用和推廣價值，可廣泛用于農(nóng)村房地一體確權和繪制大比例尺地形圖等項目。

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