关于高差较大建筑区的无人机倾斜摄影测量像控点布设方案优化研究

郑向东 妙丹

摘 要：像控点布设对无人机倾斜摄影测量精度起着至关重要的作用，本文通过消费级无人机获取建筑区影像数据，并设计5种布点方式，通过比较不同布点方案制作的模型精度，得出结论：五点法布设完全能满足建筑区精度要求，同时在楼层高的区域附近增加像制点可以提高高差较大建筑区的模型精度。

关键词：无人机倾斜摄影;像控点布设;五点法;高差较大建筑区

无人机在测绘行业的应用越来越广泛，低成本、高速灵活等特性使其被越来越多的测绘机构采用，无人机倾斜摄影相比普通航空摄影，能更充分的采集建筑物侧面信息，为后续三维建模提供丰富的纹理信息，但是由于其数据量巨大，算法复杂，大大提升处理难度，但是随着计算机软件、硬件不断发展，专业理论知识的不断更新，这些不利因素相反可能会变成有利因素，推进无人机倾斜摄影技术进步。像控点布设对倾斜摄影模型精度起着至关重要的作用，倾斜摄影模型基于像控点布设的无人机倾斜摄影精度优化，相关研究比较多。刘宇硕等人对冰川区的像控点布设进行了相关研究[1]，井然结合了水利水电工程项目，研究了像控点布设方案的优化[2]。桑文刚总结出符合街区、校园尺度的小区域三维模型精度的合理的像控点布设模式[3]。但是对于高差较大的建筑区如何布设像控点，目前还缺少相关研究。本文以此为切入点，通过设计5种控制点布设方案对比建筑区三维模型精度，为高差较大建筑区提出合理可行的像控点布设方案。

1.像控点布设方法和原则

像控点布设应充分考虑测区情况，尽量均匀分布，但是在高差较大建筑区，很难达到均匀分布，保证像控点最大距离不超过200米，同时要求像控点点位清晰，颜色对比鲜明，标记易于保存，大小适中。

五点法：即在测区四周布设4个像控点，测区内部根据测区实际情况，布设一个像控点。

2研究区及数据获取

研究区为西安市高新区某建筑小区，研究区内地势较为平坦，总面积约为16万平方米，南北长约400米，东西宽约400米，区域内建筑物高低落差较大，共有12栋建筑，其中最高建筑分布在测区西南角，高度65米，其余建筑高度均为20米。在测区内利用无人机倾斜摄影采集照片1780张，航摄参数见表1。

3像控点布设方案

结合测区大小、地形和楼层高度，本次研究区共布设像控点14个平高点，设计了5种像控点布设方案。

3.1像控点布设

（1）布设方案1：该方案以K15、K14、K11、K2为控制点，其余点位为检核点，主要目的验证测区4个角点布设像控点的三维模型精度（图1）

（2）布设方案2（五点法）：该方案以K15、K14、K11、K2、K9为控制点，其余点位为检核点，该方案与方案1相比，增加一个内部点，但是K9点偏向K14、K15点位，验证三维模型精度（图2）

（3）布设方案3（五点法）：该方案以K15、K14、K11、K2、K10为控制点，其余点位为检核点，该方案与方案2相比，删除K9点，增加K10点，K10位于测区正中央，验证三维模型精度（图3）

（4）布设方案4（五点法）：该方案以K15、K14、K11、K2、K5为控制点，其余点位为检核点，该方案与方案3相比，将K10点更换为K5，K5位于测区最高楼附近，验证三维模型精度（图4）

（5）布设方案5：该方案以K15、K14、K11、K2、K9、K10为控制点，其余点位为检核点，该方案与方案3相比，增加一个内部点K9，验证三维模型精度（图5）

3.2三维模型构建

本文结合商业软件Context Capture进行空三加密， Context Capture是使用特征点匹配，它自动采集同名像点，不依赖原始姿态，能够适应倾斜数据各种因拍摄角度变化引起的尺度变换，完成空三加密，通过精度报告，分析各个方案模型精度并构建三维模型，得到三维模型成果如图6 所示。

4 结果统计与分析

根据城市测量规范，检测点点位不足20个，取算数平均值作为精度指标，5种方案均满足精度要求，如表2所示。

从三维中误差来看，精度最高的为方案4，从平面中误差来看，精度最高为也是方案4，从高程种误差来看，精度最高为方案5。方案2较方案1增加一个中心控制点，有效的提高了平面、高程及三维精度;方案2、3、4为五点法中不同分布位置的展示，精度最高的为方案4，因为方案4布设在测区最高楼周边，其次精度最高为方案2，因为倾斜摄影测量匹配精度最高位置为测区中央，方案3并未对整体精度有提升，相反方案2提高了整体精度，从距离来看，方案2离测区中央变远;方案5增加两个点，高程精度最高，但是整体三維精度模型不是最高。

5结论

针对高差较大建筑区无人机倾斜摄影测量，提高三维模型精度，可采用五点法布设，在测区四周布设4个像控点，测区内最高楼附近布设一个像控点，可以提高整体模型精度，如果想单一提高模型高程精度，可在模型内布少量高程像控点。从整体来看，五点法已经完全满足精度，增加过多像控点，并未提高精度，而且不经济，合理分布像控点点位比像控点本身网型更为重要。

参考文献

[1] 刘宇硕，秦翔.控制点布设对冰川区无人机摄影测量精度的影响. 遥感学报， 2020，24（2）：612～712.

[2] 井然.无人机摄影测量技术像控点布设方案研究. 东华理工大学学报（自然科学版），2019，42（1）：86～90.

[3] 桑文刚，李娜.小区域消费级无人机倾斜摄影像控点布设及建模精度研究，测绘通报，2019，10：93～96.

[4] 朱进，丁亚洲，陈攀杰，等.控制点布设对无人机影像空三精度的影响.测绘科学， 2016， 41（ 5） ： 116 ～ 119.

[5] CJJ/T 8-2011. 城市测量规范[S].中华人民共和国住房和城乡建设部，2011.

[6] 李万能， 唐庆忠， 陈黎. 无人机航摄像控点数量对空三解算精度的影响[J]. 测绘通报，2017（S1）：90-95+105.

[7] 买小争，杨波，冯晓敏. 无人机航摄像控点布设方法探讨[J].测绘通报， 2012（ S1） ： 268-271.

作者简介： 郑向东（ 1987—） ，男，硕士，主要研究方向为摄影测量与遥感。