无人机倾斜摄影测量技术在地籍测绘项目中的应用

贾秋英

（中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710000）

传统的地籍测绘采用全站仪、GPS-RTK 等设备进行数据采集，效率低、费时费力、成本高，已不能满足当今社会对其现势性的需求[1]。无人机航空摄影的出现，改变了大比例尺地形图测绘的方式，但是其精度达不到地籍测绘精度需求。倾斜摄影可以获取建构筑物多个角度的纹理信息，在空三加密环节，增加了更多的约束条件，使其精度有了很大的提升[2]。本文从倾斜摄影技术入手，对倾斜摄影测量技术、倾斜摄影系统的组成、倾斜摄影建模流程进行简单说明，并以实际生产项目为例，对外业数据的获取和内业数据处理流程进行了详细介绍，并对生产的地籍图精度进行了检测，结果表明，本文的方法生产的地籍图满足地籍二级精度需求。

1 无人机倾斜摄影

1.1 无人机倾斜摄影测量

无人机倾斜摄影测量是指在低空无人机上，挂载多镜头航摄仪，从多个角度对地面进行拍摄，获取盲区少、重叠度高的多角度影像[3]。一般挂载的都是非量测数码相机，获取影像存在畸变大的问题，一般在数据处理时，都需要对影像进行畸变纠正。在数据处理时，依据摄影关系和像控点，恢复影像地物上彼此之间的关系，用于测绘产品的生产以及测量。

1.2 无人机倾斜摄影系统组成

无人机倾斜摄影系统组成主要有飞行平台、倾斜航摄仪、电脑硬件和数据解算软件。飞行平台主要是指能够低空飞行，能够获得超高分辨率的原始影像数据。倾斜航摄仪是指可以挂在多镜头航摄仪，完成对地面影像全方位、多角度、少盲区的影像采集。电脑硬件主要是指建模对电脑硬件要求高，需要大内存、高主频、图形渲染超强的显卡。数据解算软件是指倾斜摄影建模软件，常见的有Photoscan、PIX4D、Smart3D2019、Context Capture 等，本次实验使用Context Capture 进行。

1.3 无人机倾斜摄影建模

利用倾斜摄影建模软件，将航拍影像转为实景三维模型的过程。在软件运行过程中，主要涉及空中三角测量、多视影像密集匹配、不规则三角网优化与构建等。在整个作业过程中，具体包括飞前准备、外业数据获取、内业数据处理、精度检测等，具体流程见图1。

图1 无人机倾斜摄影建模流程图

2 实例验证

2.1 测区概况

本次为某农村地籍图测绘项目，测区房屋较多且密集，传统作业方式难度大且效率低。采用无人机倾斜摄影技术完成测区地籍图项目的生产。结合地形和地籍图精度要求，选用多旋翼无人机，搭载5 镜头相机，地面采样分辨率设置为0.015 米，航向、旁向重叠度均设置为85%，航高80 米，测区非禁飞区，属于空域开放区域。选择某一晴天，上午十点到下午两点之间进行航飞，航飞2 架次，获得有效影像数12250 张。测区面积约1km2，按照200 米间距均匀布设并采集像控点30 个，采集检测点15 个。

2.2 相关软件介绍

本次实验内业用到的软件主要有Bentley 公司的Context Capture 实景三维模型生产软件，北京清华三维的EPS地籍测绘软件。

2.2.1 Context Capture 软件。是目前实景三维模型生产的主流软件，具有高效率、可集群作业、生产的模型质量高、精度高等特点，是目前建模软件中用户群体最多的一款软件。该软件版本更新速度快，各模块功能较完善。

2.2.2 EPS软件。是一款综合地理信息工作站软件，具有模块较多，基本上涵盖地理信息各个行业的应用，可根据客户需求定制开发，本次主要使用其三维测图模块完成地籍图的采集与编辑。

2.3 外业数据获取

外业数据获取主要包括影像数据采集前的测区勘查、空域申请、已有资料收集、航线规划、影像数据采集和像控点采集。

2.3.1 测区勘查。主要是对任务区的地形进行勘查，对当地的人情风俗进行了解，便于后期工作的展开。

2.3.2 空域申请。如果测区是禁飞区或者空域监管区，需要按照空域申请流程进行航飞摄影空域申请，在未获得批准前，不得违规飞行，以免带来某些意外。在获得空域批准后，需根据批准文件里要求的时间、地点和范围进行航飞作业。本次测区为空域开放区，因此在航飞时未进行空域申请。

2.3.3 已有资料收集。主要收集测区已有的测绘产品成果，本次收集到了测区已有的数字正射影像图，可作为工作底图；收集到周边已有的高精度埋石点，可作为GPS-RTK精度检核的已知点。

2.3.4 航线规划。利用地面站软件设置航向、旁向重叠度为85%，地面采样分辨率为0.015 米，提交任务，无人机按照设置好的参数进行航摄作业。

2.3.5 影像数据采集。主要是按照规划好的航线执行，但是需要在地面站上时刻观察飞机飞行状态和影像采集状态，避免发生数据丢失、偏离航线等问题。在正式起飞采集影像前，需在地面对相机拍照进行检测，确保相机正常拍照，内存卡正常存储影像数据。

2.3.6 像控点采集。首先按照200 米间距，结合测区形状均匀布设30 个像控点，然后利用红色油漆对像控点点位进行喷涂，这里需要注意的是，影像数据采集前就需要完成像控点点位的喷涂。利用GPS-RTK对已知的埋石点进行采集，然后和已有准确的坐标进行比对，误差在2 公分内即可。在检核仪器后，对喷涂好的像控点点位进行坐标采集，每个点位至少采集三次，三次较差在2 公分之内，需要等到固定解状态下进行采集，在采集的时候，通过多个角度对像控点点位进行拍照。采集完成后，对像控点进行平均值计算，对采集的影像按像控点进行整理。

2.4 内业数据处理

2.4.1 数据预处理。只要是删除2 架次的无效影像和POS，整理POS数据，删除无用的参数，只保留相机曝光时的经纬度坐标值和高程值。无人机由于姿态较差，引入姿态可能对后续空三解算带来不便，因此这里对姿态角也进行删除，利用软件空中三角测量解算，来计算每张影像的空间位置和姿态。利用EPT软件，对原始影像进行匀色处理，提高影像的质量。利用重命名软件对2 架次影像进行重命名，确保2 架次影像无重名。更改POS的点号名，使之与影像一一对应，确保可一次性引入POS数据。

2.4.2 空中三角测量。由于倾斜摄影依据的也是共线方程，但是共线方程是以垂直地面摄影理论来计算的，加上侧视相机本来存在影像变形严重的问题，空三算法并不能对倾斜数据进行有效解算。为了提升倾斜影像空中三角测量解算的成功率，首先利用少量影像进行空中三角测量，得到5 个相机精确地相机参数，然后将得到的参数应用到所有影像解算中来，这样可以提高空中三角测量的解算成功率。本次实验，利用5 组镜头共240 张影像对5 个镜头相机参数进行解算，得到5 个镜头精确地相机参数，然后进行整体空中三角测量。空三计算完成后，通过人机交互的方式查看空三成果无分层，无弯曲等问题。空三报告中显示加密点中误差为0.39 个像素，加密点重投影中误差为0.46 个像素，成果精度符合要求，自由网空三解算合格。

设置坐标系，导入30 个像控点，对30 个像控点全部进行转刺。本次使用的Context Capture 软件版本较新，支持在转刺过程中实时计算像控点位置。通过对一个点转刺3 张照片，可快速计算剩余照片的精准点位，有效提升了像控点转刺的效率。在完成像控点的转刺后，再次提交空三任务，连接点选择保持，完成带像控点的平差调整。通过平差后的空三报告，查看像控点的精度，平面位置中误差为0.008 米，高程中误差为0.006 米，像控点精度符合项目需求规范。

2.4.3 三维模型生产。实验电脑内存为64G，为了提高建模效率且保证不出现内存不够的情况，这里设置建模使用内存为电脑内存的一半，按照平面格网划分瓦片。瓦片大小为100 米，预计使用内存31G，模型输出分辨率设置为0.015 米，设置输出模型格式为OSGB，提交建模任务，计算机自动完成实景三维模型的生产。在三维模型生产完成后，提交正射影像输出任务，得到数字真正射影像产品。

2.4.4 地籍图采集。在清华三维EPS软件中，在三维测图模块下，对OSGB格式的模型进行转换并加载，然后加载正射影像。这里主要以实景三维模型和数字真正射影像为参考，进行地籍图的采集。在采集无屋檐的房屋时，利用真正射影像直接采集；在采集需做屋檐改正的房屋时，利用实景三维模型，在建构筑物的主体结构上进行采集，直接对屋檐进行了改正。在采集道路上时，可利用正射影像为底图，直接在正射影像上进行道路采集。对门墩、围墙等按照地形图要求进行采集。在采集完成后，对由于模型问题内业未采集的，可通过外业进行补充采集，确保最后地籍图成果完整可用。

3 精度检测与评定

对15 个检测点，按照同精度中误差计算公式进行计算，得到15 个点的平面位置中误差为0.053 米，高程中误差为0.046 米，地籍图规范要求一级地籍精度5 公分，二级地籍精度10 公分，三级地籍精度15 公分，本次实验精度符合地籍二级精度要求，可作为地籍测绘项目生产的一种作业方式。15 个检测点的具体平面位置较差和高程位置较差见表1。

表1 检测点位置较差统计表

4 结论

本文首先对倾斜摄影测量做一简单介绍，并以实际生产项目为例，通过对外业数据获取，内业数据处理内容进行说明。并使用GPS-RTK采集的像控点对采集的地籍图精度进行检测，并按照同精度中误差计算检测点的中误差。检测结果表明，按照本文生产的地籍图，精度可以满足地籍精度需求，为地籍图生产的作业人员提供了一种新的作业思路，提升了地籍图测绘的效率，有助于确保地籍图生产按时按点完成。