摘要:利用低空无人机倾斜摄影技术快速获取多角度影像数据，通过自动实景三维建模和三维模型立体量测技术，从而实现免外业调绘的高精度大比例尺地形图测绘。本文通过具体生产实验，详细介绍基于无人机倾斜摄影测量技术的大比例尺地形图作业流程，并通过精度分析，验证了此方法的可行性。
关键词:倾斜摄影;实景三维模型;大比例尺地形图
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引言
近年来迅速发展的无人机航测技术，具有机动灵活、作业高效迅速、可高频监测关键区域以及成本低廉等特点，在应急保障和小区域地形图测绘领域具有明显的优势。但无人机航测系统搭载的单一普通数码相机，获取的影像畸变严重，倾斜角和旋偏角较大，同时普通数码相机，像幅偏小，导致小的基高比。由于普通数码相机以上这些缺点，采用传统航测生产方式很难满足大比例地形图测绘的要求。本文通过无人机飞行平台搭载倾斜相机，采用倾斜摄影的方式获取高重叠度影像数据，利用自动实景三维建模和三维模型立体量测技术，实现免外业调绘的高精度大比例尺地形图测绘，并通过具体实验验证此技术路线的可行性。
02
无人机倾斜摄影
测区位于青岛市高新区沟角村，属于丘陵地形。外业航空摄影通过四旋翼无人机，搭载2个SONY7R微单相机，与垂直方向成45°夹角，南北和东西航线各飞一次，获取地物侧面纹理;再搭载1个SONY7R微单相机进行一次垂直摄影，获取地物顶面纹理。设计航线相对航高120m，航向和旁向重叠度分别为80%、75%，整个测区21条航线，630张影像。为辅助后续数据处理，测区采用区域网布点模式，布设13个外业像控点及检查点，实验区域范围及像控点的布设如图1
图 1 测区概况及像控点布
03
实景三维模型建立及大比例地形图测绘
本文通过无人机飞行平台搭载倾斜相机，采用倾斜摄影的方式获取测区的影像数据，利用自动建模的技术构建实景三维模型;在构建的实景三维模型基础上，通过三维立体量测技术，采集地物地貌特征点、线、面，最后通过内业编辑的方式制作地形图，从而省去烦琐的外业调绘工作，为快速制作大比例尺地形图测绘提供一种新的解决方案。基于无人机倾斜摄影的大比例尺地形图测绘技术路线如图2所示。
图2 基于无人机倾斜摄影的大比例尺地形图测绘技术路线
3.1实景三维模型
本项目采用5个像控点解算，8个像控点进行精度检查，实景三维建模采用CC（ Smart3D）软件进行制作，主要步骤如下:
(1)构建工程加载影像数据，设置相机参数，编辑pos数据，引入控制点及检查点数据，建立好Smart3D工程，如图3所示。本项目采用2个相机，需设置2个相机文件，分别有364张和266张影像;原始POS数据坐标系为WGS1984，通过七参数模型及似大地水准面补偿模型转换到西安1980平面、黄海1985高程系统下。采取区域网布点，解算控制点5个，检查控制点8个。图3smart3D工程文件。
图3 CC（smart3D ）工程文件
(2)倾斜摄影空中三角测量如图4所示，本项目采用区域网5点法布点，即四周4个控制点，测区中心1个控制点，用于解算倾斜摄影空中三角测量;同时布设8个检查点以检验空中三角测量的精度。通过空三加密处理，自由网的精度为1.82pix，像控点精度平面中误差0．033m，高程中误差0．063m;检查点精度，具体精度见精度分析小结。
图4 倾斜摄影空中三角测量
(3)三维实景模型生成基于空中三角测量成果，进行模型分块，在分块模型的基础上，提取测区密集点云，构建不规则三角网，建立三维模型;同时利用5镜头获取的多角度纹理信息，自动拼贴，得到测区实景三维模型，如图5所示。
图5 实景三维模型
3.2大比例尺地形图测绘
大比例地形图测绘主要基于EPS无人机三维模块，利用三维实景模型的空间量测功能，直接进行地形、地物的采集工作。具体步骤如下所示。
(1)EPS软件加载三维实景模型在EPS无人机测量模块中利用模型转换功能将Smart3D生成的OSGB格式的模型转换成DSM高程模型，然后加载DSM模型从而实现实景三维模型的加载，如图6所示
图6 EPS 加载三维模型
2)地形图绘制如图7所示，基于三维实景模型的地形图制作，借助模型的空间尺寸信息，直接进行空间量算及采集，同时通过模型旋转及多角度观察等功能实现自动房檐改正，免去大量的外业实测及调绘工作，大大提高地形图测绘的工作效率。图7基于EPS绘制地形图。
图7 基于 EPS 绘制地形图
04
精度分析
4.1空中三角测量精度
由表1控制点和检查点的精度表可知，控制点水平中误差为0．007m，高程中误差为0m，点位中误差0．007m，检查点水平中误差0．038m，高程中误差0．079m，点位中误差0．088m，空中三角测量精度较高，满足大比例尺地形图测绘需求。像控点及检查点中误差表1检查项点号。
4.2平面及高程精度
(1)平面精度平面精度检查采用RTK外业实测特征点和地形图上的同名点进行统计分析，具体精度统计表如表2所示。如图8所示，总共22个平面精度统计的点，平面位置精度均小于0．25m，中误差0．144m，满足1∶500大比例尺地形图平面精度要求。
图8 平面精度统计折线图
2)高程精度高程精度检查采用RTK外业实测特征点和地形图上的同名点(可通过实景三维模型直接获取)进行统计分析，具体精度统计如表3所示。
如图9所示，总共35个平面精度统计的点，高程误差均小于0．1m，最大高程误差为0．086m，高程中误差0．034m，满足1∶500地形图高程精度要求。
图9 高程精度统计折线图
05
结论
本文给出了基于倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的技术路线，并通过具体实验精度分析，验证了此技术路线的可行性。同时借助实景三维的立体量测、任意视角等优点，实现房檐改正、地形、地物全内业绘制，避免了传统地形图外业调绘、补测等工作，为大比例地形图测绘提供了一个新的解决方案
来源：《城市勘测》2019年2月第2期
作者：周小杰，胡振彪，乔新
原标题：无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用
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