无人机倾斜摄影测量技术在测绘大比例尺地形图中的应用

摘 要：本文结合生产实例，提出了基于无人机倾斜摄影技术所获得的实景三维模型测绘大比例尺地形图的方法，探索了基于无人机倾斜摄影技术测绘地形图的方法， 验证了在实景三维环境下测绘大比例尺测图的可行性及其精度，在实际生产中有一定的指导意义。

关键词：无人机；倾斜摄影测量；大比例尺地形图

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.098

1 概述

无人机倾斜摄影技术是测绘领域近年来发展起来的一项高新技术，可通过在同一飞行平台搭载多台传感器，从一个垂直，4个倾斜等 5个角度同步曝光采集影像，获取真实地物信息。相比较传统常规三维建模技术工艺，该技术具有工期短、成本低、精度高、多数据源、成果类型多，三维场景真实、建模过程自动化等无可比拟的优势，结合具体生产项目，详细地阐述了利用三维实景模型在测绘大比例尺测图的可行性。

实景三维是抽象回归现实、所见即所得、精准可量测的三维环境，具有高精度、高效率、高真实感的特点。基于无人机倾斜摄影技术获得的全要素实景三维，探索测绘大比例尺测图的可行性、方法及其精度。这将使大比例尺测图大幅度的减少外业工作量和作业成本，提高作业效率，对整个测绘行业产生重大的影响，这颠倒了过去从大比例尺测图到三维模型构建的思想，打破了过去大量依靠人工外业采集的测量模式，颠覆了传统的航空摄影测量。

2 基于无人机倾斜摄影技术测绘地形图的方法及其精度

本文以固定翼無人机为基础，选取了新疆兵团某团场面积约6.8平方公里为试验区域。航摄飞机平台选用IFAUAV-3高效高精度测绘无人机、集成了5台4240万像素的索尼 α7 RII数码照相机、使用可对垂直和倾斜影像进行快速直接地理定位苍穹P8差分系统进行航摄，航摄影像分辨率优于5cm为基础数据。通过构建全要素实景三维环境下的大比例尺测绘方案，用Smart3DCapture软件构建实景三维模型，通过EPS清华山维软件平台实现三维数字化成图。最终用全野外散点检测地形图的平面和高程是否满足比例尺为1：1000的地形图精度要求。

2.1 空中三角测量

倾斜摄影测量空三加密：倾斜摄影采用多视影像联合平差充分考虑影像间的几何变形和遮挡关系，采用软件Smart3DCapture，结合POS系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到较好的同名点匹配结果。同时建立连接点和连接线、控制点坐标、GPU/IMU辅助数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合解算，确保平差结果的精度。Smart3DCapture软件的空三报告中，重投影中误差控制在0.5个像素左右，最大不超过0.55个像素，若超过0.55个像素建议航摄组重飞。

2.2 测绘大比例尺地形图

将构建好的实景三维模型导入EPS清华山维软件，利用三维模型进行全要素采集。通过构建一体的多视角三维测图环境，形成严格成像关系下的精密重建，弥补了下视影像的视角、分辨率、遮挡等局限。

实现了在真三维环境中高精度的地形采集、屋檐改正、部件测量、地貌采集等，大幅降低外业调绘的工作强度，保证地形图绘制质量，提高了生产效率。

利用EPS清华山维软件平台数字化成图无需佩戴立体眼镜，可以降低对航测人员的要求，其数据库的图形管理模式，可媲美CAD的图形编辑功能。

2.3 精度检测

试验区域地形为平地，1：1000地形图成图基本等高距为1米，高程注记精确到0.1米。参照CH/T 9006.1—2010《基础地理信息数字成果1∶500 1∶1000 1：2000数字线划图》的规定，比例尺为1：1000地形图的精度应满足以下要求：平面中误差≤0.3m，高程中误差≤0.4 m。按照全野外散点采集每平方公里30个，在试验区域内均匀分布共计290个散点，点位大多选取无投影差的地方，如斑马线、房角、路沿石、涵洞口等。最终用全野外散点检测试验区域平面中误差为0.23m， 高程中误差为0.18m，完全可以满足比例尺为1：1000的地形图精度要求。

3 结论

由以上试验方法及其精度验证了基于无人机倾斜摄影测量的实景三维模型测绘大比例尺地形图的可行性， 目前可满足1：1000地形图精度需求。通过提高航摄平台差分系统、航摄影像质量、数据处理方法等技术手段，能否达到比例尺为1：500的地形图精度要求有待探索。

参考文献：

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2011.

[2]孔祥元，郭际明.控制测量学（下册）[M].武汉：武汉大学出版社，2011.

[3]CH/T 9006.1—2010.基础地理信息数字成果1∶500 1∶1000 1：2000数字线划图[S].

作者简介：于晶晶（1986-），女，新疆呼图壁人，本科，中级工程师，研究方向：无人机航空摄影测量技术在实际生产中的应用及发展前景，从事工程测量、航空摄影测量工作。