倾斜摄影技术大比例尺测图的探析

贾晓笛 （安徽省第一测绘院，安徽 合肥 230031）

0 前言

倾斜摄影技术的应用能够有效地降低三维建模的成本，同时将数据处理与模型整合进行了融合，采用多样化的模型数据形式，在专业信息处理平台展开矢量化操作，拓展数据形式与应用范围，以满足不同层次的数据需求。实际上，传统测绘工作已经无法满足信息化时代下的工作要求，我们也需要发展航空摄影测量技术来进行测图，提供可靠的数据信息结果。

1 倾斜摄影技术流程

从具体流程来看，按照倾斜摄影技术所获取的影像数据通过专业的自动化建模软件进行分析后，会对局部区域进行调整，以便于将实景模型和倾斜摄影影像结合到统一的作业系统当中，获取一体化的测图环境，形成相对严格的精密设计，大幅降低了实地调绘的工作效率，也保障了地形图的绘制质量。

1.1 系统构成

系统构成主要包括几个重要部分，以任务设备来说，包括摄影机、摄影控制系统与相关部件所构成，摄影系统包括专业的倾斜摄影测量设备与非专业设备。数据传输系统则多采用数据存储技术来进行数据信息的发送和存储，重点在于改善航摄信息的获取质量，明确飞行状态，并对其展开合理控制。另一方面，通过软件进行控制可以实现对位置的规划，因为人的视距比较有限，可以在现有功能的基础上进行无人机测量的航线控制[1]。

1.2 测量实例技术方案

本次研究测量以某地区某村作为研究区域，总体的技术方案如图所示。

技术流程

2 倾斜摄影三维建模技术过程

2.1 影像匹配环节

影像匹配的作用在于建立不同像片之间的连接关系，同时将所有的拍摄像片建立特征关系后再展开整合，从而获取信息并参与到后续的空中三角测量环节当中。换言之，影像匹配的精度直接影响到测量结果的精度。在当前的技术条件下多采用SIFT特征匹配算法来保障运算效率与抗噪声能力，从而将图像之间的匹配状态转化为特征点向量之前的相似性度量。在其中的不同阶段中，第一阶段为图像检测，第二阶段为特征描述符生成，最后阶段为向量匹配[2]。

2.2 空中三角测量

这一阶段是利用较少的控制点坐标来获取未知点坐标与元素，通过前方和后方的交会来实现模型定向和测绘产品的生成。在当前的技术水平下，一般采用光束法区域网联合平差，利用的是不同的观测手段来作为外方位元素的初始值，并将控制点坐标展开数据联合，按照数据在平差过程中的所占权重比差异来分析精度可能受到的影响。从其具体流程来看，从第一条航带开始进行航带网创设，并按照已知的地面控制点来进行粗略计算，得到加密点近似坐标。之后逐点建立误差方程，以像片中心投影方式建立条件方程式。

2.3 密集匹配

密集匹配的作用在于生成密集点云，这也是倾斜摄影技术中的核心内容之一。一般来说航带经过重建后会根据外方位元素来构建立体相对。考虑到影像的多视化特征，会有与传统影像匹配之间的显著差异，表现为点云信息大量存在，且多余的信息可以被用来弥补传统匹配信息的缺陷，尤其是盲区的特征信息能够得到控制，避免一些摄影盲角的特征构建工作出现问题。另外根据密集点云还可以构建三角网，来实现整个模型的构件，三角网的密集程度和航片重叠度之间有着密切联系，理论上说，如果两者重叠度越高，则说明地物结构的表述会越清晰。

2.4 纹理映射

纹理映射工作在三维模型构建完毕之后所进行，建立二维空间点与三维物体表面之间的对应关系，得到更加符合色彩和视觉要求的三维模型。映射模式分为正向映射、逆向映射与两步纹理映射。正向映射的特征在于节省空间，不过图像的质量可能会受到影响。与之相反的逆向映射可以有效地弥补正向映射的差异性，不过在空间占用方面更加显著。两步纹理映射方案则涉及到图片、纹理映射的坐标问题，详细地说明了其中的连接关系。在这一阶段的工作中主要涉及到两个层面的问题。一是像片的选择问题，在这一方面有既往的研究内容提出了相关的解决方案，将每一个需要纹理映射的面片按照公式要求进行评分。而第二个问题在于纹理色的过渡问题[3]。

2.4 实际测量

测量的具体环节非常复杂，是一项系统化的工程。在进行倾斜摄影前需要做好大量的准备工作，包括了解区域概况、确定区域范围、选择合理的摄影设备等。在前期调研工作完毕之后按照低空数字航空摄影的规范，可以先将无人机的参数进行校准和调整，并且按照以下公式的要求进行。

其中H为倾斜摄影的行高、f为物镜镜头焦距、GSD为地面分辨率，a为像元尺寸。一般情况下我们确定航高之后还可以参考航空摄影规范要求来确定重叠度，最后设置好相应的航线参数，包括飞行航向、航线长度等。

3 实例设计实验

设计实验让工作人员在同一区域利用两种不同的方式展开测图与地形图绘制，然后确定两种方法之间的结果对比与误差情况。

3.1 二位数据采集

在EPS三维测图软件中加载相应的数据模型之后按照地形图绘制地物，得到试验区域的数字线划图，均匀地在实验区域采集不同特征的地物类型，包括点状、现状、面状等，具体为电线杆、道路拐点、围墙等，包含多个特征点的平面坐标。工作人员按照二维模型的检查点分布绘制了相应的误差雷达图，结果表明越靠近中间的点位中误差越小，则精度越高，按照前文提到过的共识计算和地形图的长途规范，可以绘制不同地形的高程检查点。

3.2 三维数据采集

在EPS三维测图软件中加载相应的三维模型数据，同样利用工作人员来获取不同特征的相同地物点位坐标。从结果来看，二维和三维实景模型的数字化都能基本符合1∶500大比例地形图的精度规范要求，同时能够将测量的坐标点进行比对，最终完成测图和数据分析[4]。

3.3 地形图绘制方法

地形图绘制工作中的要点在于对地物的识别。尤其是正射影像中无法对地物进行明确区分时，例如树木、建筑物遮挡，那么工作人员在绘制的过程中会通过一定的方法和技巧进行模型旋转。在获取一点平面坐标的同时，可以获取三维模型中的同一点高程坐标，这种精度显然由于单纯地地形图绘制精度。对此，我们可以在正射影像上绘制大部分的地形图，获取地物平面坐标之后再对其添加属性展开数据信息分析。例如建筑物可以备注房屋结构类型、树木可以备注是哪种植物等。此时对于一些需要进行轮廓改正的地物进行调整，按照实际情况进行切换。

4 结语

传统测图的人工成本过高、效率过低，在实际的绘图环节也存在技术缺陷。对此，我们不难看出倾斜摄影技术可以在三维实景环境下进行全要素采集，满足1∶500的地形图测图要求，大幅减轻了实地工作的强度，保障工作效率。在未来的技术研究过程中，我们可以借助EPS软件平台来对数据信息展开研究分析，验证不同测图结果在二维模型和三维模型层面的不同采集精度，获得高精度模型的同时给测绘工作提供参考性建议。当然，对于某些特殊地貌的适应性也需要深入研究的支持，尤其是纹理的精细程度。