倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用

魏益友， 邹俊华

(江西省煤田地质局测绘大队，江西 南昌 330000)

大比例尺地形图是城市规划、土地管理、矿山建设的基础依据，含有详细的地形要素和地理信息，在城市建设中起着重要的推动作用。传统的大比例尺地形测绘工作成图周期长，工作效率极低，不能满足快速成图的社会需求。随着无人机技术、定位技术、通讯技术的快速发展，倾斜摄影测量技术逐渐应用于大比例地形图的测绘中，取得了较好的应用效果。

1 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影技术早期应用于传统的有人飞机上，主要以采集建筑外立面的纹理信息为主，并未应用于大比例尺地形图的测绘领域。随着无人机技术、航空摄影技术、图像自动匹配技术等的发展，逐渐实现了多视角的影像数据处理和地面物体的侧面信息采集目的，并以区域网络联合平差处理和多视角影像匹配、正射校正等技术，生成最终的产品。倾斜摄影测量技术的工作流程图见图1。

图1 倾斜摄影测量技术工作流程图

2 倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用

2.1 倾斜摄影测量技术的基本要求

倾斜摄影测量技术的航摄系统一般由HM2200无人机、HO1300无人机、HO1600无人机搭配飞行，在无人机中装载南方测绘倾斜数字航空摄影相机，配套安装航摄计划设计软件、机载定位系统和飞行管理系统等。倾斜摄影测量技术对飞行状况要求较高，需注意以下事项：(1)季节性，倾斜摄影测量技术一般要在天气晴朗，气候温和、少雨的季节效果最佳，因此一般在5～6月进行相应的航空拍摄工作；(2)飞行时段，要充分考虑天气、空中管制等因素，制定相应的飞行时段；(3)进驻机场，一般选择距离机场15 km以外飞行距离起飞；(4)旁向重叠方向，平行于摄区边界线的首末航线敷设在摄区边界线外；(5)航线重叠方向，沿航线东西方向各超出摄区边界线大于设计基线长两倍的长度。

2.2 倾斜影像获取及预处理

在根据测量区域基本现状的基础上，结合无人机性能制定出适合该区域的飞行时间和飞行时段，就可以开展外业倾斜影像的拍摄工作。本文所采用的相机为南方测绘倾斜数字航空摄影相机，航线的飞行严格按照设计进行，其技术指标见表1。在拍摄过程中选择多视角拍摄影像，在相应的影像控制点和加密点坐标自动拍摄，获取相应的倾斜影像资料。在完成倾斜影像资料获取后对其进行预处理，选择拍摄区域内的倾斜影像，并将其反投影至建立的虚拟影像中，目的是为了减少突出地面竖直物体的重影现象。

表1 主要飞行技术指标

2.3 像片控制测量

像片控制测量是提高倾斜测量精度的有效措施，其像控点的布设要按照一定的要求进行，如航向、旁向重叠度为70%，且所获的影像数据具备IMU/GPS资料。此外，空中三角测量并不完全依赖于像控点的布设密度，而与测量区域的地形地貌有直接的关系，如在平原地区，可以采用稀疏布设的方式；在地形地貌复杂的区域，可以在规范要求密度的基础上进行加密处理。像控点的布设有着严格的要求，主要体现在以下几个方面：(1)测量分区之外的控制点以控制测量全范围为基础，对于处于图边上的控制点，一般布设在图轮廓线以外，且位于航向基线不少于1条、旁向大于100 m的部位；(2)航线两段的控制点要求左右的偏离半径小于半条基线的长度；(3)像片控制点应该是易于判别的地物地貌，即所标注控制点的影像必须是清晰的，如房角、地块角等明显的地物和地物交汇部位等，此外，多个地物的交汇部位必须满足交汇角在30°～150°；(4)像片控制点布设范围的高程变化较小，可以有效提高倾斜摄影测量精度，可布设于平山头或者现状地物的交汇部位，在布设过程中要防止像片条件之间出现矛盾；(5)墙角、植被茂密的区域不易作为像片控制点的布设部位，这些部位在内业测量过程中因其视线阻挡等问题而造成测量难度增高、准确度降低；(6)大功率敷设区域或者有大面积水面的区域不易布设像片控制点；(7)像片控制点的布设以长期保存和二次利用为基本原则，因此在控制点布设过程要充分考虑地形地貌、交通和保存环境等综合因素。

2.4 空中三角加密处理

倾斜航空摄影技术在获取倾斜影像时，在实际的航空拍摄过程中常出现地面控制点达不到要求或者较小区域的部位，达不到最终的航测要求，此时需要利用空中三角测量技术进行校正工作。空中三角测量技术可以有效弥补上述不足之处，对影像外的方位元素进行准确预算，再结合相应的软件将干扰因素剔除，可以有效提高测量精度，对地形条件较差区域的航测结果有明显的改善。测量精度是判别测绘结果能否满足工作需求的最本质的依据，而精度的高低要根据倾斜摄影测量技术和所采集的数据进行对比分析，如无人机的飞行高度、数据采集和计算等方式。在完成空中三角加密处理之后，输出相应的加密校正成果，如纠正片DSM等。

2.5 三维建模和数据采集

三维建模是实现数据采集的基础，可以借助倾斜摄影自动批量建模软件进行多视角倾斜影像的几何校正、联合平差、多视匹配等一系列操作，最终获得可视化的三维倾斜模型。在完成三维倾斜建模之后，利用倾斜摄影配套软件获取地物、地貌等数据。数据采集主要包括三个方面的内容：一是人工采集地物要素，如采集影像中的控制点信息，提取简单的建筑物轮廓等，手动采集建筑物外侧面边线，可以有效提高成果精度；二是地貌要素的三维信息自动提取过程，主要包括等高线和高程点信息的提取工作，该项工作可以采用软件自动提取，经过人工整饰和取舍后就可以投入应用；三是要素遮挡问题的处理，可通过像片资料和LiDAR 点云等对遮挡部位进行补充测量，如激光雷达技术因具有较强的穿透能力而广泛应用于补充测量中。

2.6 外业调绘及补测

倾斜摄影在获取倾斜影像的过程中势必存在拍摄盲区，如植被茂密的区域、建筑物的遮挡部位、立交桥下部等区域，是无法直接通过倾斜摄影获得相应的影像。因此，在内业处理过程中应将其标注出来，及时开展外业实地调绘和补测工作。此外，对于倾斜影像中不确定的地物或复杂的区域，在内业处理过程中也应重点标注，进行外业的实地调查和补测工作，可以有效提高测量精度。

3 结语

倾斜摄影测量技术在现代化大比例尺地形测量中的应用越来越广泛，经过测绘实践发现，获得的地形图成果平面位置误差为4 cm，高程标记点中误差为3 cm，具有良好的测量效果。因此，倾斜摄影测量技术可以满足现代化大比例地形测绘的基本要求，可以进行大规模的推广使用。