基于精灵4-RTK 的大比例尺倾斜摄影测量成图精度分析

傅必红

（湖南省勘测设计院，湖南 长沙410014）

1 引言

近年来随着测绘技术装备水平的不断提高，摄影测量绘制大比例尺地形图在经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段的演变后，现已进入了全数字摄影测量阶段［1］。 目前倾斜摄影测量在获取影像建立三维模型的应用中，精灵4-RTK 无人机有着机动灵活、获取数据周期短、成本低、影像分辨率高、建筑侧面纹理信息丰富等优势，因而在测绘行业内得到了广泛应用。 目前市场上主要有法国Acute3D 公司旗下的Context Capture、瑞士Pix4D 公司的Pix4D Mapper 和俄罗斯的Photoscan等建模软件，他们在计算机协同处理、自动化建模、无像控点的影像特征匹配算法等方面有着各自的优势［2］ 。

本文利用大疆公司生产的精灵4-RTK 和法国Acute3D 的Context Capture 软件，通过项目实例详细阐述了倾斜摄影测量以及三维测图的实施过程和方法，并对生产出的地形图进行精度分析论证，以推动精灵4-RTK 倾斜摄影测量在大比例尺测图中的应用。

2 技术流程图

基于精灵4-RTK 倾斜摄影测量绘制大比例尺地形图的技术流程图［3］如图1 所示。

3 倾斜航测数据采集

3.1 飞行前准备

飞行前首先通过GOOGLE EARTH 划定航测区域边界，作为外业航测边界栅栏。

图1 技术流程图

3.2 像控点布设

像控点是空中三角测量的解算基础，它的精度、可靠性、密度和分布形式都直接影响模型的解算精度。 本文研究测区面积约0.1 km2，东西向长约330 m，南北向长约300 m。 在此航摄区域内共布设5 个像控点和12 个检查点。 像控点和检查点的坐标通过HNCORS 采集，每个点独立观测3 次，取中数为该点的测量成果。

3.3 影像数据获取

在无人机航测获取影像数据的过程中影响航测数据质量的主要因素有：相对航高、像片重叠和航线设置方式等参数，在航线布设的过程中应设置合理的参数，以保证航摄像片的质量。

（1） 航高设置。 航高设置公式为：

式中，H为相对航高；f为相机焦距；GSD为地面分辨率；α为像元大小［4］。 本次航摄实验区域地势较平坦，视野条件较好，将航高设为100 m，计算可得到地面分辨率GSD为2.74 cm／ pix。

（2） 像 片 重 叠。 依 据 规 范 《 GBT 27920. 1—2011》5.1.1.3 制作真正射影像图时，航向重叠度一般应为80%，旁向重叠度一般应为60%。 在精灵4-RTK倾斜摄影测量过程中需要考虑地物变形和遮挡的问题，为了获取质量较高的三维模型纹理，将两者都设置为80%。

（3）航线设置。 本次航线设计由DJI GS RTK App 直接导入飞行前准备的测区边界文件，为了使精灵4-RTK 的单相机拥有和多镜头航摄一样的效果，飞行方式选择APP 内置的摄影测量3D（井字飞行），DJI GS RTK App 会根据起飞起点、像片重叠和航高等参数自动计算最优航线，如图2。

图2 航线布置图

（4）数据采集。 在DJI GS RTK App 中检查飞行器航测参数和现场环境后，完成自动航摄飞行，并对像片质量进行快速检查，对不符合质量要求的像片予以剔除并补拍。

4 三维实景重建

4.1 空中三角测量

空中三角测量是利用像片与所摄目标之间的空间几何关系，根据少量像片控制点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。 空中三角测量中首先检查像片质量和数量，再将其导入Context Capture 中读取像片的POS 信息，输入相机焦距等参数，再导入像控点坐标，分别对每个像控点在像片上进行判刺，每个同名像控点应至少判刺4张清晰可见的像片，然后进行第一次不引入像控点的自由空中三角测量解算，第二次引入像控点坐标进行绝对空中三角测量解算，最后获得空中三角测量结果。 本实例共判刺像控点5 个，解算连接点共111 077 个。

4.2 三维实景建模

在完成空中三角测量解算后，Context Capture能够完成全自动化构建三维模型，主要步骤是通过高密度点云构建TIN 模型，然后对TIN 进行纹理影像的配准和贴附形成三维实景模型。

5 三维立体测图

三维立体测图是基于倾斜三维实景模型进行的立体测图，通过提取特征点三维坐标绘制大比例尺地形图，不再依托于传统摄影测量硬件系统。 本文利用湖南中图通地理遥感信息服务有限公司自主研发的基于CAD 的裸眼立体测图软件PSG 3D 绘制大比例尺地形图，二三维联动测图如图3 所示。

图3 PSG 3D 联动测图

6 精度分析

为验证基于精灵4-RT 的倾斜摄影测量获取的大比例尺地形图的精度，根据测区情况，通过全站仪和RTK 进行全野外特征点的数据采集。 本文提取均匀分布在整个测区的12 个检查点和15 个房角特征点。 根据对比分析测区检查点和特征点成果，得到表1、表2 精度统计表。

表1 检查点精度统计表

表2 三维立体测图房角特征点精度统计表

通过对表1、表2 进行统计分析可以看出，地物点平面中误差为0.015 m， 三维立体测图模拟地物特征点平面中误差0.111 m，均小于0.20 m；地物点高程中误差为0.085 m，小于0.17 m，实测中误差均满足《1 ∶500 1 ∶1 000 1 ∶2 000 外业数字测图规程》（GB ／ T 14912—2017）精度要求。

7 结语

本文验证了基于精灵4-RTK 的大比例尺倾斜摄影测量的可行性，实验表明产品精度满足国家规范要求。 目前，在电池能量密度不断提高和相机参数不断优化下，精灵4-RTK 的倾斜摄影测量绘制大比例尺地形图技术以它的高效性、低成本和灵活机动等优势，将会在城市规划、数字城市、工程建设和应急测绘中得到更加广泛的应用。