基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)兩種不同攝影方式的大比例尺成圖方法比較與應(yīng)用

金云根,馮 鋒

(1.江西有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院,330030,南昌;2.江西省地質(zhì)調(diào)查勘查院基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查所,330030,南昌;3.江西省地礦測(cè)繪院,330030,南昌)

0 引言

基于垂直攝影的立體測(cè)圖方式一直是獲取地形圖最重要的方法,隨著傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展,基于傾斜攝影的裸眼三維測(cè)圖方法日益成熟,正逐漸成為大比例尺地形圖特別是高精度地形圖獲取的重要手段。由于無(wú)人機(jī)航空攝影具有空域限制小、任務(wù)響應(yīng)速度快,成本低、輕便靈巧的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái),基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的這2種成圖方法已成為大比例尺地形圖獲取的重要方式。本文從實(shí)際工作出發(fā),對(duì)基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的這2種成圖方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,分析了2種方法的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合實(shí)例對(duì)綜合采用2種方法開(kāi)展大比例尺地形圖測(cè)繪提出了一些有益的建議。

1 基于垂直攝影的立體測(cè)圖方法

基于“雙目視覺(jué)”的立體測(cè)圖方法具有悠久的歷史,從20世紀(jì)20年代世界上第一臺(tái)立體測(cè)圖儀誕生至今已有百余年的歷史,先后經(jīng)歷了模擬測(cè)圖、解析測(cè)圖、數(shù)字測(cè)圖3個(gè)時(shí)代。我國(guó)在20世紀(jì)90年代先后研制成功了2套商業(yè)化的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站(DPW)VirtuoZo、JX4,當(dāng)時(shí)處于世界領(lǐng)先地位[1]。DPW由計(jì)算機(jī)與相應(yīng)的攝影測(cè)量軟件組成,將所有的攝影測(cè)量的功能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),代替了傳統(tǒng)的各種昂貴的精密光學(xué)、機(jī)械+計(jì)算機(jī)的攝影測(cè)量?jī)x器[2]?；诖怪睌z影的立體測(cè)圖流程詳見(jiàn)圖1。

圖1 基于垂直攝影的立體測(cè)圖流程

1.1 垂直攝影

無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載的垂直攝影相機(jī)系統(tǒng)一般為非量測(cè)型普通數(shù)碼相機(jī),經(jīng)典機(jī)型有佳能5D3、尼康D810、索尼A7R2等,常用焦距為35、25 mm。

地面分辨率(GSD)是影響成圖精度的重要因素之一,航高與地面分辨率、像元大小、焦距的關(guān)系如圖2所示,基于垂直攝影的測(cè)圖比例尺與地面分辨率對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 測(cè)圖比例尺與地面分辨率對(duì)照表

圖2 航高與地面分辨率、像元大小、焦距的關(guān)系示意圖

航高與地面分辨率、像元大小、焦距的關(guān)系如下式:

(1)

式中,H為攝影航高(m),GSD為地面分辨率(m),α為像元尺寸(mm),f為鏡頭焦距,(mm)。

在實(shí)際作業(yè)中,航向重疊度一般為80%,旁向重疊度一般為50%,航向覆蓋超出邊界線(xiàn)不少于3條基線(xiàn),旁向覆蓋超出邊界線(xiàn)不少于1條航線(xiàn)。

1.2 像片控制測(cè)量

基于垂直攝影的像控點(diǎn)(含空三檢查點(diǎn))一般采用飛后區(qū)域網(wǎng)方式布點(diǎn),區(qū)域網(wǎng)的圖形宜呈矩形或方形,區(qū)域網(wǎng)的大小和像控點(diǎn)之間的跨度以能夠滿(mǎn)足空三精度要求為原則,見(jiàn)表2、表3;像片控制點(diǎn)的目標(biāo)影像應(yīng)清晰,易于判刺和立體量測(cè),同時(shí)應(yīng)是高程起伏較小、常年相對(duì)固定且易于準(zhǔn)確定位和量測(cè)的地方[3];測(cè)區(qū)為弱紋理區(qū)域(如林區(qū)、草原),難以判刺像控點(diǎn)時(shí)則需要飛前布點(diǎn);一般采用GNSS RTK作業(yè)模式測(cè)定像控點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。

表2 無(wú)GNSS輔助航攝區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)要求

表3 GNSS輔助航攝區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)要求

1.3 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量是傳統(tǒng)航測(cè)成圖的關(guān)鍵步驟,用于確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位元素。涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有畸變差糾正、影像匹配、區(qū)域網(wǎng)平差等。

由于無(wú)人機(jī)搭載的非量測(cè)相機(jī)鏡頭畸變差較大,進(jìn)行攝影測(cè)量時(shí)首先要對(duì)非量測(cè)相機(jī)進(jìn)行檢校,獲取畸變參數(shù)來(lái)對(duì)像片進(jìn)行改正。常用的檢校方法有檢校場(chǎng)法、自檢校法和基于多像滅點(diǎn)的檢校方法等。

影像匹配是在兩幅或多幅具有重疊度的影像中采用特定的算法提取影像間同名點(diǎn)的過(guò)程,主要有基于灰度的匹配方法和基于特征的匹配方法[4]。大部分傳統(tǒng)的攝影測(cè)量商業(yè)軟件在進(jìn)行連接點(diǎn)提取時(shí)都使用標(biāo)準(zhǔn)的影像匹配技術(shù),如歸一化相關(guān)系數(shù)匹配(NCC)和最小二乘匹配(LSM),但這些方法僅適用于影像尺度一致的垂直攝影情形[5]。

現(xiàn)代空三軟件均采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差模型,光束法區(qū)域網(wǎng)平差是一幅影像所組成的一束光線(xiàn)作為平差的基本單元,以中心投影的共線(xiàn)方程作為平差的基礎(chǔ)方程[2]。采用GNSS/IMU輔助空三方法可大幅減少像控點(diǎn)所需的數(shù)量。目前,市面上有許多成熟的商業(yè)化的空三軟件系統(tǒng),國(guó)外代表性有inpho、ips、PHOTOMOD等,國(guó)內(nèi)代表性的有GodWord、Pixelgrid等。

1.4 地形要素采集

地形要素采集首先要將空三成果導(dǎo)入全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站,通過(guò)恢復(fù)立體模型來(lái)進(jìn)行采集,國(guó)內(nèi)采用的全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站主要有VirtuoZo、JX4、MapMatrix等。目前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站前端采集系統(tǒng)一般均基于Nvidia 3D Vision技術(shù),通過(guò)3D Vision立體幻鏡+3D顯示器+Nvidia Quadro專(zhuān)業(yè)立體顯卡+應(yīng)用程序的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。Nvidia 3D Vision立體幻鏡采用主動(dòng)快門(mén)式技術(shù),在專(zhuān)業(yè)立體顯卡及采用3D Vision 技術(shù)的大屏液晶顯示器的支持下,作業(yè)員能夠獲得非常清晰的真三維立體,結(jié)合手輪、腳盤(pán)或者3D鼠標(biāo)可以很方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集工作。

在立體模型下,按照規(guī)范、圖式要求進(jìn)行全要素采集,對(duì)能準(zhǔn)確判繪的地物、地貌按要求直接測(cè)繪,對(duì)無(wú)把握的內(nèi)業(yè)只測(cè)繪外輪廓作為疑點(diǎn)留給外業(yè)調(diào)繪時(shí)處理。

1.5 調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)及編輯

大比例尺航測(cè)成圖的調(diào)繪一般多采用先內(nèi)后外的作業(yè)方式。將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并分幅打印,到實(shí)地進(jìn)行全面巡視核查,調(diào)繪時(shí)需做到:走到、看清、問(wèn)明、繪準(zhǔn)。主要工作有:查看內(nèi)業(yè)測(cè)圖與實(shí)地是否相符、表示是否合理、符號(hào)運(yùn)用是否恰當(dāng)、各種注記是否準(zhǔn)確無(wú)誤等;對(duì)于內(nèi)業(yè)漏測(cè)、測(cè)錯(cuò)或表示不準(zhǔn)確的,進(jìn)行改正并按實(shí)地情況進(jìn)行合理表示;調(diào)繪地理名稱(chēng)、居民地名稱(chēng)、房屋層次及結(jié)構(gòu)、電力線(xiàn)連接關(guān)系、河流溝渠流向、植被與土質(zhì)符號(hào)的配置及各類(lèi)說(shuō)明注記等;由于立體采集時(shí)房屋是按屋檐測(cè)繪的,當(dāng)屋檐寬度大于圖上0.2 mm時(shí)應(yīng)量取屋檐寬度,并在調(diào)繪圖上進(jìn)行標(biāo)注,供內(nèi)業(yè)編輯改正用。

補(bǔ)測(cè)主要是對(duì)航攝后的新增地物、陰影區(qū)地物、隱蔽部位及地形復(fù)雜部位等內(nèi)業(yè)無(wú)法或不能準(zhǔn)確采集的要素進(jìn)行實(shí)地測(cè)繪[6]。補(bǔ)測(cè)可采用RTK、全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,也可以采用手持測(cè)距儀、鋼尺通過(guò)距離交會(huì)法進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

編輯主要是根據(jù)外業(yè)調(diào)繪圖和補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)編輯軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行房檐改正、符號(hào)繪制和注記配置、屬性錄入等,通過(guò)圖形編輯、修改、拓?fù)涮幚?、接邊?形成符合圖式要求的地形圖。

2 基于傾斜攝影的裸眼三維測(cè)圖方法

相較于傳統(tǒng)的立體測(cè)圖,利用傾斜攝影處理后獲取的實(shí)景三維模型進(jìn)行測(cè)圖的時(shí)間并不長(zhǎng),2010年4月,天下圖公司引進(jìn)了美國(guó)Pictometry公司的傾斜攝影測(cè)量技術(shù),開(kāi)啟了國(guó)內(nèi)實(shí)景三維建模的大門(mén)[7],為基于傾斜攝影的裸眼三維測(cè)圖奠定了基礎(chǔ)。相較于傳統(tǒng)的垂直攝影,傾斜攝影能有效地獲取地物側(cè)面紋理,可對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行多視角重復(fù)觀測(cè),能獲得符合人眼視覺(jué)的直觀世界的影像等[8]?；趦A斜攝影的裸眼三維測(cè)圖流程如圖3所示 。

圖3 基于傾斜攝影的立體測(cè)圖流程

2.1 傾斜攝影

無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載的傾斜攝影相機(jī)系統(tǒng),多采用五鏡頭馬耳他十字結(jié)構(gòu),由1個(gè)下視相機(jī)、4個(gè)傾斜相機(jī)組成,傾斜相機(jī)角度一般為45°,如圖4所示,能同時(shí)從垂直、傾斜等不同的角度采集影像。下視相機(jī)焦距常采用25 mm,傾斜相機(jī)焦距常采用35 mm,保證了傾斜影像中心點(diǎn)的GSD跟下視影像的GSD基本一致。

圖4 Maltese-cross 1+4傾斜多相機(jī)系統(tǒng)示意圖

已有研究表明,在一定密度的像控點(diǎn)控制下,傾斜三維模型的精度約為GSD的2～3倍[9-10]。在實(shí)際作業(yè)中,一般按模型精度為GSD的3倍這一經(jīng)驗(yàn)值,結(jié)合成圖精度及實(shí)景三維模型的表現(xiàn)效果來(lái)設(shè)計(jì)航攝時(shí)的GSD,基于傾斜攝影的測(cè)圖比例尺與地面分辨率對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表4。

表4 測(cè)圖比例尺與地面分辨率對(duì)照表

在實(shí)際作業(yè)中,傾斜攝影航向重疊度一般為80%,旁向重疊度一般為70%,為了獲取到攝區(qū)外圍完整的側(cè)面紋理,航向應(yīng)超出航攝分區(qū)一定的基線(xiàn)數(shù),旁向應(yīng)超出航攝分區(qū)一定的航線(xiàn)數(shù),超出的基線(xiàn)數(shù)、航線(xiàn)數(shù)按式(2)、(3)、(4)計(jì)算[11]。

(2)

式中,N為理論超出值(條),θ為傾斜相機(jī)角度(°),β為傾斜相機(jī)視場(chǎng)角(°),P為航向或旁向重疊度。

在實(shí)際飛行中,由于大氣等因素的影響,航向或旁向覆蓋超出邊界線(xiàn)的實(shí)際值一般按式(3)和式(4)計(jì)算:

N基=N+2

(3)

N航=N+1

(4)

式中,N基為基線(xiàn)數(shù),N航為航線(xiàn)數(shù)。

2.2 像片控制測(cè)量

傾斜攝影的像控點(diǎn)(含空三檢查點(diǎn))多采用飛前布設(shè)方式,位于固化地面上的像控點(diǎn)采用噴漆在地面上噴涂易于分辨的明顯標(biāo)識(shí),位于非固化地面上的像控點(diǎn)可采用膩?zhàn)臃鄄荚O(shè),一般采用GNSS RTK作業(yè)模式進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量,所有像控點(diǎn)均為平高點(diǎn)。

基于傾斜攝影的像片控制點(diǎn)布設(shè)方式,作業(yè)中一般采用區(qū)域網(wǎng)方式布點(diǎn),按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,相鄰像控點(diǎn)的實(shí)地間距為10 000像素至20 000像素之間[12],具體可根據(jù)測(cè)區(qū)航攝時(shí)航向及旁向重疊度、高差、測(cè)區(qū)紋理、測(cè)區(qū)的精度要求布設(shè)合適密度的像控點(diǎn)。當(dāng)采用差分GNSS輔助航攝時(shí),相鄰像控點(diǎn)的間距可以適當(dāng)放寬。

一些學(xué)者對(duì)像控點(diǎn)的布設(shè)與三維模型精度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究試驗(yàn),畢波等[13]試驗(yàn)表明,像控點(diǎn)的數(shù)量直接影響模型的精度,三維模型的精度與像控點(diǎn)的數(shù)量呈非線(xiàn)性正相關(guān);當(dāng)像控點(diǎn)數(shù)量較少時(shí),增加像控點(diǎn)的數(shù)量能明顯提高三維模型的精度,當(dāng)像控點(diǎn)數(shù)量增加到一定值時(shí),模型精度提高不明顯。王朝輝等[14]采用縱橫CW-15垂起固定翼無(wú)人機(jī)搭載睿鉑DG4-Pros全畫(huà)幅五鏡頭傾斜相機(jī),采用差分GNSS輔助航攝5.5 km2的范圍作為試驗(yàn)區(qū),GSD 3 cm,試驗(yàn)區(qū)內(nèi)高差≤5 m,屬于平坦地區(qū);利用RTK實(shí)測(cè)了22個(gè)檢查點(diǎn),對(duì)生產(chǎn)的三維模型進(jìn)行了精度檢核,像控點(diǎn)數(shù)量與模型精度關(guān)系見(jiàn)表5;通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),隨著像控點(diǎn)數(shù)量的增加,模型的平面精度和高程精度都有所改善,其中,平面精度變化相對(duì)比較穩(wěn)定,在稀疏像控點(diǎn)的情況下,平面精度也可以保證,而高程精度會(huì)隨著像控點(diǎn)的布設(shè)位置和數(shù)量變化帶來(lái)明顯改變。

表5 像控點(diǎn)數(shù)量與模型精度統(tǒng)計(jì)表

2.3 空中三角測(cè)量和傾斜三維模型生產(chǎn)

傾斜攝影空三和實(shí)景三維模型生產(chǎn)涉及到的主要關(guān)鍵技術(shù)有多視影像之間的同名匹配、聯(lián)合平差、密集匹配技術(shù)、表面模型重建(幾何重建和紋理映射)等[15]。

同名匹配的作用是恢復(fù)影像間的相對(duì)位置關(guān)系,由于傾斜影像具備多角度、大傾角的特點(diǎn),造成影像具有較大的透視變形、尺度和光照變化,傳統(tǒng)攝影測(cè)量的匹配方法不再適用[5]。許多學(xué)者開(kāi)展了大量的特征提取和匹配算法方面的研究,推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)朝著高精度、全自動(dòng)的方向發(fā)展,現(xiàn)有算法側(cè)重于旋轉(zhuǎn)、平移、尺度、仿射變換等影像變換的處理,面向復(fù)雜地形條件下的匹配能力還有待提升[4]。

采用多視影像聯(lián)合平差技術(shù)進(jìn)行傾斜影像區(qū)域網(wǎng)平差,與傳統(tǒng)攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差相比,傾斜影像空三在數(shù)學(xué)模型上基本一致,主要差異在于像點(diǎn)觀測(cè)值數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)垂直攝影的方式[5]。

密集匹配是在恢復(fù)影像間的相對(duì)位置關(guān)系后在重疊區(qū)域內(nèi)尋找每個(gè)像素同名像點(diǎn)的稠密影像匹配方法,通過(guò)密集匹配可以得到高精度高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù),是從二維航攝影像自動(dòng)重建三維模型的最有效手段之一。目前,航攝影像的密集匹配普遍采用半全局匹配方法[16]。

幾何重建是利用匹配的密集點(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng),每個(gè)物體都可以使用多個(gè)不規(guī)則三角網(wǎng)來(lái)構(gòu)建,三角網(wǎng)的大小、多少跟地物的復(fù)雜程度、航片的重疊度的高低關(guān)系密切;幾何重建之后就是紋理映射,計(jì)算毎一個(gè)三角形面片和對(duì)應(yīng)的影像區(qū)域之間的幾何關(guān)系實(shí)現(xiàn)不規(guī)則三角網(wǎng)與紋理影像之間的配準(zhǔn),將配準(zhǔn)好的紋理映射到三角面片上,生成實(shí)景三維模型[17]。

傾斜攝影數(shù)據(jù)處理的眾多關(guān)鍵技術(shù)依然是攝影測(cè)量和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),基于深度學(xué)習(xí)的影像匹配是其中的一個(gè)重要方向[4]。目前,市面上推出了許多商業(yè)化的三維重建系統(tǒng),國(guó)外代表性的系統(tǒng)有StreeFactory、ContextCapture、PhotoMesh、Pix4D、Metashape等。國(guó)內(nèi)代表性的系統(tǒng)有DP-Smart、Mirauge3D、GET3D等。

2.4 地形要素采集

在裸眼三維測(cè)圖軟件系統(tǒng)中加載傾斜三維模型,全要素采集各類(lèi)要素,采集要求跟基于垂直攝影的立體測(cè)圖方式是一致的。國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的裸眼三維測(cè)圖軟件有EPS、DP-Mapper、Idata_3D和TSD 3DMapper等。

2.5 調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)及編輯

調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)及編輯等工作跟基于垂直攝影的立體測(cè)圖方式所對(duì)應(yīng)作業(yè)方法、要求基本一致。由于房屋采集時(shí)直接采集到了墻面,調(diào)繪及編輯工作中最繁瑣的房檐改正工作基本省略,對(duì)房屋較多的測(cè)區(qū)效率提升明顯。

3 2種成圖方法的優(yōu)缺點(diǎn)及綜合應(yīng)用

3.1 傳統(tǒng)立體測(cè)圖的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):作業(yè)方法成熟,航攝時(shí)影像數(shù)量較少,空三加密對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件要求較低,能夠以較低的GSD獲得清晰立體效果,在建成區(qū)外圍1：500～1：2 000比例尺以及小于1：2 000比例尺測(cè)圖中具有很大的優(yōu)勢(shì)。在有植被的地方,可以通過(guò)植被縫隙將測(cè)標(biāo)壓到地面上采集地面高程。

缺點(diǎn):采集時(shí)需專(zhuān)門(mén)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站,需佩戴立體眼鏡配合手輪腳盤(pán)進(jìn)行作業(yè),同時(shí)受人眼“視差”的影響,作業(yè)員需要一定的工作經(jīng)驗(yàn),訓(xùn)練周期較長(zhǎng);在城鄉(xiāng)建成區(qū)1：500～1：2 000比例尺立體數(shù)據(jù)采集時(shí),由于一般只能測(cè)繪房頂,外業(yè)調(diào)繪及內(nèi)業(yè)編輯時(shí)房檐改正這塊工作量較大,同時(shí)房檐的準(zhǔn)確寬度也不容易量取,對(duì)地形圖的精度影響較大。

3.2 裸眼三維測(cè)圖的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):通過(guò)提高航攝時(shí)的GSD,可以獲得較高的成圖精度,可用于立面測(cè)繪、古建筑測(cè)繪、地籍測(cè)量,近年來(lái)在農(nóng)村“房地一體”的不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)登記及古建保護(hù)中得到了大量的應(yīng)用。傾斜攝影生成的三維模型具有跟實(shí)地一致的形狀、紋理、坐標(biāo),支持全方位的瀏覽與量測(cè),可直接采集到墻面,省略后續(xù)房檐改正的工作,也減少了因房檐改正引起的誤差,采集過(guò)程中可以判繪房屋層數(shù)與建筑結(jié)構(gòu)、部分單位名稱(chēng)等,在這方面較傳統(tǒng)航測(cè)成圖方法有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[18]。三維模型由于具有實(shí)地的一致性,對(duì)測(cè)量人員的技能要求降低了,不需要較長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練就可以進(jìn)行測(cè)圖作業(yè)。跟傳統(tǒng)立體測(cè)圖方式相比,不存在“視差”影響,量測(cè)的數(shù)據(jù)精度基本取決于模型精度,特別是高程采集方面,減少了人為誤差。

缺點(diǎn):航攝時(shí)影像數(shù)量多,傾斜影像造成同名點(diǎn)匹配困難,空三加密和三維重建對(duì)算力要求較高,耗時(shí)也長(zhǎng),特別是三維重建需要配備高性能的計(jì)算機(jī)集群。由于傾斜三維模型是基于密集匹配點(diǎn)云的幾何及紋理重建,容易造成消防栓、通訊桿、電桿、路燈、電纜標(biāo)、旗桿、里程碑、檢修井等點(diǎn)狀地物以及管道、柵欄、籬笆、鐵絲網(wǎng)、小水溝、微地貌等在三維模型中表現(xiàn)不夠清晰或部分缺失,當(dāng)GSD>5 cm時(shí)這種情況更為明顯,容易造成此類(lèi)地形地物無(wú)法采集或采集困難,增大了外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測(cè)的工作量。高程點(diǎn)采集時(shí)是基于模型表面的自動(dòng)提取,在有植被的地方難以采集到地面高程。

3.3 綜合采用2種成圖方法進(jìn)行大比例尺測(cè)圖

金云根[18]在西藏自治區(qū)桑日縣城規(guī)劃區(qū)1：500地形圖測(cè)繪項(xiàng)目中,針對(duì)青藏高原地區(qū)的特殊環(huán)境條件,選用適宜高原飛行的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行傾斜攝影和垂直攝影,基于傾斜三維模型測(cè)圖和傳統(tǒng)立體測(cè)圖相結(jié)合的方式進(jìn)行作業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)地處雅魯藏布江北岸河谷地帶,為典型的高山谷地地形,平均海拔約為3 600 m,試驗(yàn)區(qū)面積約4.5 km2,地勢(shì)較為平緩。

按飛前布設(shè)方式,試驗(yàn)區(qū)較均勻地布設(shè)了57個(gè)像控點(diǎn)及空三檢查點(diǎn);利用飛馬D2000多旋翼無(wú)人機(jī)按仿地飛行模式進(jìn)行傾斜攝影,航向重疊80%、旁向重疊65%、GSD 3 cm、相對(duì)航高191 m;同樣用D2000搭載D-CAM2000正射相機(jī)進(jìn)行垂直攝影,航向重疊80%,旁向重疊65%、GSD 5 cm、相對(duì)航高319 m;傾斜攝影采用ContextCapture 4.4.16進(jìn)行空三測(cè)量及OSGB格式三維模型重建;垂直攝影采用GodWork3.1.8自動(dòng)空中三角測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行空三加密,導(dǎo)出Patb格式空三成果供全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站使用。

首先在EPS2016軟件系統(tǒng)中加載傾斜三維模型對(duì)測(cè)區(qū)建城區(qū)進(jìn)行裸眼三維測(cè)圖,全要素采集各類(lèi)要素;對(duì)于非建城區(qū)的地形地物要素以及建城區(qū)三維實(shí)景模型上一些不易分辨的或者不方便采集的地形地物要素,通過(guò)將GodWork的空三成果導(dǎo)入VirtuoZo2014數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站,在立體模型上進(jìn)行采集。對(duì)2種方式采集的地形地物要素粗編后制作調(diào)繪底圖,通過(guò)外業(yè)調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)、內(nèi)業(yè)編輯獲得試驗(yàn)區(qū)最終的地形圖成果。綜合采用2種方法測(cè)圖流程如圖5所示。

圖5 綜合采用2種方法測(cè)圖流程

對(duì)研究區(qū)測(cè)繪成果進(jìn)行數(shù)學(xué)精度評(píng)定,在研究區(qū)較均勻分布并用RTK及全站儀測(cè)定了196個(gè)平面檢查點(diǎn),125個(gè)高程檢查點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)證,平面中誤差0.125 m,高程中誤差0.062 m,詳見(jiàn)表6、表7,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表6 平面精度統(tǒng)計(jì)表

表7 高程精度統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)區(qū)綜合采用2種測(cè)圖方法進(jìn)行全要素采集,不需要進(jìn)行房檐改正,所有要素基本做到了應(yīng)測(cè)盡測(cè),減少了外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)工作量80%以上,整體效率遠(yuǎn)優(yōu)于單一測(cè)繪方式,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,顯著提高了作業(yè)效率和質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

這2種成圖方法在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都將是地形圖獲取的主要手段,2種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),可根據(jù)測(cè)區(qū)的具體情況,綜合采用2種方法成圖。對(duì)于建城區(qū)外建筑物較少的范圍可采用垂直攝影、傳統(tǒng)立體測(cè)圖方式進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪,以提高作業(yè)效率;對(duì)于建城區(qū)房屋較多的范圍可采用傾斜攝影、裸眼三維測(cè)圖方式進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪,從而避免了后續(xù)繁瑣的房檐改正工作,也減少了因房檐改正引起的誤差,對(duì)于三維實(shí)景模型上一些不易分辨的或者不方便采集的地形地物要素可采用傳統(tǒng)立體測(cè)圖方式進(jìn)行補(bǔ)充采集,大幅度減少外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)的工作,作業(yè)效率及質(zhì)量得到明顯提高。近年來(lái),隨著大面陣數(shù)字相機(jī)的發(fā)展,基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的中畫(huà)幅垂直攝影相機(jī)和傾斜攝影相機(jī)正日漸普及,無(wú)人機(jī)機(jī)載Lidar和SLAM技術(shù)也越來(lái)越多地運(yùn)用于大比例尺地形圖測(cè)繪;同時(shí)人工智能領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)中的新理論和新方法正逐漸融入攝影測(cè)量,推動(dòng)著基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的大例尺地形圖測(cè)繪向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。