无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用

黄权进

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州 贵阳 551400）

无人机倾斜摄影技术是多种技术的结合衍生，涵盖了无人机技术、GPS定位技术、倾斜航空摄影技术等，将其应用于测绘层面，是因为无人机倾斜摄影技术能更快地成图且精度有保障，是当前广泛应用于我国地形图测绘、建筑工程测量、水利水电测量等领域的新兴测绘技术。

1 无人机倾斜摄影测量原理

无人机倾斜摄影测量技术也就是利用无人机搭载多台高分辨率相机在空中进行拍摄，并且实现垂直角度和倾斜角度等多角度拍摄，全方位立体采集目标区域图像。一般而言，为了实现摄影目标，无人机会搭载五镜头的摄影系统，借助GPS系统获取目标区域的数据，并将其运用特殊处理技术形成数字影像构建三维模型[1]。

2 无人机倾斜摄影测量原理

2.1 倾斜摄影实现多角度拍摄

无人机倾斜摄影技术的关键之一是能实现多角度拍摄，即摄影过程中既能实现垂直摄影又能实现倾斜摄影。倾斜摄影是利用无人机飞行角度进行拍摄，也称为多视影像联合平差，是传统摄影技术无法企及的优势之一。

2.2 倾斜摄影数据采取全面

传统摄影测绘不会导致目标物出现较大的形变、分辨率也不会变化太大，但倾斜摄影多角度拍摄则会导致形变和分辨率发生较大变化，不利于进行实景匹配。因此，为了解决形变和分辨率衍生出了密集匹配技术，利用大量的数据来进行细化描述，精准获取区域目标的地理信息，多维度进行匹配，将目标区域内的物体三维模型构建出来，为绘制高精度的地形图提供便利。

2.3 倾斜摄影可直接构建三维模型

无人机倾斜摄影技术获取的影像经过处理后，能直接进行三维模型的构建，利用所获取的多角度数据进行加工，以大基数数据支撑三维模型图构建，在此基础上还能进行方法演变，通过纹理构建三维模型或者借助软件构建三维模型，整体来说比传统摄影更加直接方便。

3 无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图中的应用优势

3.1 有助于优化减少数据误差

无人机倾斜摄影在大比例尺地形图测绘中的应用优势之一，是能够有效减少数据误差。首先，无人机倾斜摄影技术能有效保障拍摄的相片的原始分辨率，只要将航飞的参数即航高、镜头焦距等设置妥当，就能有效提高摄影的分辨率，保障数据的精确度。其次，无人机倾斜摄影技术能保障空三加密的精度，以往的技术在进行空三加密时会出现匹配错误的现象，而无人机倾斜摄影技术可以采取人工干预，不断优化空三成果精度，尽可能保障地形图绘制精度。最后，地形图的绘制工作需要进行人工采集，一些矢量会因为人的视觉误差而发生变化，无人机倾斜摄影相对只需要调整角度就能进行数据采集，一定程度上保障了数据的精确性和地形图绘制的质量[2]。

3.2 有效提高地形图绘制效率

无人机倾斜摄影技术在地形图绘制中，能够结合GPS技术进行精准的定位，在目标区域内合理布设GPS就能帮助提高无人机获取的地理位置的数据准确性，并且通过无人机倾斜摄影技术获取的数据生成的效果图，能更加直观地帮助绘制人员观察地形，同时也可以减少核对人员的工作量。大比例尺地形图跨度大，以往需要核对人员亲临现场进行核查，但运用无人机倾斜摄影技术就能减少这一环节工作，同时也能保障地形图绘制的准确度，极大地提高了大比例尺地形图绘制工作的开展效率，也为绘制质量提供了保障。

3.3 控制成本

传统大比例地形测绘外业测量人员投入多、成本开支大，而利用无人机倾斜摄影技术进行大比例尺地形测绘能有效减少人员的投入，从而控制外业成本。

4 实际案例应用

案例研究区域位于贵州省清镇市新店镇鸭店河老街，项目要求测量老街1∶500地形图，便于统一规划建设。

4.1 外业设备及参数设置

一般而言，无人机倾斜摄影在测绘领域应用的基础是外业倾斜摄影航线设计，也就是在开展无人机倾斜摄影之前，优先将无人机的拍摄航线设定好，设定无人机的分型高度、分辨率要求等相关参数，并在设计图中标注明确，这样方便后期数据处理时，进行实际比例尺的换算，从而保障大比例尺地形图的绘制精度[3]。

（1）人员设备。本次地形测量外业人员2名，分别负责像控点的采集和无人机飞行。采用大疆精灵4Pro无人机执行飞行任务，Phantom 4 Pro v2.0相机配备2000万像素。像控点使用中海达RTK V30连接CORS站，强制对中杆对中进行外业采集。

（2）参数设置。航向设置为70、旁向设置为60，由于高差相对较大所需飞行高度定为150m，共航飞5个架次，用时90min共采集影像847片。

4.2 像控点的布设

像控点的布设在无人机倾斜摄影测量中是非常重要的一个阶段，像控点的布设精度及位置分布直接影响整个项目的质量及成图精度。像控点坐标成果表如表1所示。

表1 像控点坐标成果表

（1）像控点宜布置在明显的标志物上，以控制内外业的精度。

（2）布设像控点的标志物不宜过小，一般在70～80cm。采集的点位应在标志物相对明显的一端，以保证在内业处理过程中不易出错。

（3）像控点应选择在开阔且平坦地区布设，避免布设在容易遮挡的地方。

（4）标志物应选择持久存在以及颜色对比鲜明的物质，如喷漆、深色胶带等。

4.3 数据处理

无人机在地图测绘中的应用优势在于可以全方位多角度进行摄影，并且在无人机数据处理层面，本案例中使用的ContextCapture Center Master空三数据处理软件，不仅能够在线自动校准，保障数据处理的精确性，还能自动处理低空影像进行空中三角控制平差。其改变了传统的建模方式，将自动、人工、半自动合理切换运用。也提高了数据获取的精确度，从而可以精准获取点云数据、三维模型图、空三加密成果的数据。并且ContextCapture Center Master空三数据处理软件还能配合其他软件，灵活搭配，拓宽了数据处理及影响应用的范围。ContextCapture Center Master空三数据处理软件也能提高生成DEM、DOM的效率，加快运算速度，总体来说，优势还是较为显著的。另外，ContextCapture Center Master空三数据处理软件还能借助南方影像处理平台，对平台内的信息和资源进行良好运用，也能及时检测云处理平台的硬件系统等运行情况。云处理平台切实为无人机数据处理提供了强大的后台支撑，极大地提高了无人机数据处理的工作效率，加快了大比例尺地形图的绘制进程[4]。

将外业采集的数据导入ContextCapture Center Master，开始第一次空三计算，计算成功后输入像控点进行第二次空三计算，最终完成三维模型的提取。通过对三维图形的可视化处理就能够真实还原地表的影像数据，便于直观明了地观察到地表全貌和地形分布特征，最终绘制项目所需1∶500地形图。

4.4 自检自查

测绘工程是一门严谨的学科，所以自检自查是任何测绘项目必不可少的一环，通过自检自查能有效避免错误并保证测量精度[5]。本案例利用无人机进行1∶500地形图测绘通过内外业的自检自查，保证了项目所需的精度。

5 结束语

无人机倾斜摄影的数据获取涵盖了摄影时间、飞行、影像分辨率、补摄重摄等，都是影响质量的关键。因此，在进行无人机倾斜摄影作业时，要设计好航线，将飞行的时长、高度以及摄影旁向重叠度灯预先设定好，将相关数据严格控制在设定的取值内，再进行飞行拍摄。在拍摄完成后，要检查获取的影像质量，分辨率、颜色饱和度、层次等都要达到预定标准，一旦出现较明显的质量问题，就要适时考虑补摄或者重摄，以保障数据获取的质量及精度。文章分析了无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图绘制中应用，详细阐述了无人机倾斜摄影技术的具体应用及相关质量控制内容。由此可见，无人机倾斜摄影技术在建筑工程测绘、大比例尺地形图测绘中的应用价值，不仅能有效满足具体的精度测量要求，还能切实提高测绘工作的开展效率，为测绘工作质量提供保障。实践也表明该技术在其他广大领域同样得到了良好的应用，相信今后无人机倾斜摄影技术的应用范围也会更加广阔，能够为更多行业工作的开展提供便利。