无人机倾斜摄影测量技术在沿海防护林带测绘中的应用

秦晨西

(山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000)

沿海防护林带处于沿海地带，区域中有较多盐池及水域、排淡沟等，交通不便，采用人工实测，对测区进行实地测量，需要投入大量的人工，耗时费力，且受制于测区地理环境等因素的影响，工作效率低，工期无法保障。

随着倾斜摄影测量技术的不断发展，倾斜相机可以安装在无人机上，通过拍摄影像可以获取多角度的高分辨率的地物数据。倾斜摄影测量技术的空三加密过程采用的是多视密集匹配算法，可以使得单基线匹配方式转为多基线匹配，加快影像的自动匹配功能，同时也可以提高交会精度[1-3]，倾斜三维实景模型其平面和高程精度都得到很大提升。沿海防护林通常都在海边附近进行建设，恶劣的地理环境，野外作业比较困难。采设用常规方式获取倾斜数据，对测区进行分区航线布设，利用航带飞行的方式，设计航线、航高、分辨率以及重叠度等设置。

1 技术路线

测量工作开工前，先对测区的测量资料、控制点成果、已有地形图等进行收集。然后编写初步飞行设计文档，制定飞行计划，明确无人机的飞行方式、航高、倾斜角度、影像重叠度等。根据设计方案，进行像控点坐标的布设和采集，以及无人机飞行图像数据的采集。

倾斜影像导入Context Capture软件，通过影像联合平差进行倾斜影像区域网平差，以及密集匹配，最终可以获得高精度点云数据，还可以通过计算机的集群方式缩短内业数据处理时间。地形线图采集工作，可根据三维模型、正射影像图等作参照，提高数据采集的效率[4-6]。

2 作业流程

2.1 控制测量

本测区像控布设根据航摄资料以及测区情况按区域网布点，周边每隔1条基线布设1个平高控制点，相邻两对平高控制点间的间隔基线数不能超过3条。

本项目为沿海防护林带，范围内所有海水面位置无法布设像控点，像控点尽量布设在岸线两边，利用甲方单位提供的E级控制点求解七参数，使用RTK采集像控点，坐标采取平滑采集20次的方式进行采集。

图1 无人机测量技术路线图

2.2 航线设计

由于本项目为狭长形状，南北较窄，东西较长，航线飞行采用是航带飞行，地面分辨为1.9cm，能够满足1∶500比例尺地形图的需要。

表1 飞行航线设计表

要符合以下条件：①像片有效范围覆盖技术设计要求的全部摄区；②在航向上超出成图范围的基线均在一条以上，旁向上超出成图范围均为像幅的30%以上，全区无摄影绝对漏洞；③像对中像片旋偏角：大部分小于4°，有少数像对在5°～7°之间；④航线弯曲度：航线飞行弯曲度都要小于2%。

2.3 内业数据处理

2.3.1 内业数据处理流程(见图2)。

2.3.2 空三加密。空中三角测量采用Context Capture软件，将相机参数、影像数据、pos 数据进行多视角影像特征点密集匹配，并进行区域网的自由网多视影像联合约束平差解算，进行相对定向；将外业测定的控制点成果，在完成空三加密后对图像进行转刺，通过控制点对已有区域网模型进行约束平差，将区域网纳入测区中所用的坐标系统，完成绝对定向。同时空三结束后要查看精度报告是否满足精度要求，若不满足，重新进行空三加密[7-10]。

在空三加密过程中相机畸变参数，像控点的平差都需要进行严格控制，空三结果将影响实景建模的精度和后期测图的精度[11-12]。

图2 无人机测量内业处理流程

2.3.3 倾斜三维建模的创建。完成空三加密后，影像之间的三角关系构成三角TIN，再由三角TIN构成白模，自动建模软件从影像中计算对应的纹理，并自动将纹理映射到对应的白模上，最后形成真实三维场景。利用软件输出实景三维成果，对模型明显的拉伸变形，纹理漏洞和贴图模糊进行处理，直至满足三维模型制作精度要求。

2.3.4 测量的精度评定。表2为空三平差后像控点残差统计表，从表2中可知，像控点平面位置残差最大值为0.06m，高程残差最大值为0.12m，1∶500比例尺基本定向点平面残差限差为0.3m，高程限差为0.34m，结果显示空中三角测量精度满足1∶500比例尺空三加密要求。

表2 像控检查点残差统计

为验证本次倾斜三维建模达到的精度水平，将野外采集的特征点叠加至三维模型中，分别进行平面和高程的检核，其对应的残差统计见表3。

根据表3的数据，依据误差计算公式求得检查点的中误差：

(1)

经计算得出：特征检查点平面位置中误差为0.05m，高程中误差为0.12m，1∶500比例尺检查点平面中误差为0.15m，高程中误差为0.17m。检查点精度也符合测量规范要求。

2.3.5 地形图的生成。 将生成的三维模型导入CASS 3D 三维测图软件平台进行大比例尺地形图数据采集，主要采集陡坎、斜坡、房屋、河流、道路、高压线等特征地物。其中房屋绘制主要利用多点房屋，首先提取高程点，生成三角网后再生成等高线，随后对三维模型中的遮挡的地物，到实地进行调绘，最后生成完整的地形图。

表3 野外采集检查点残差统计

3 影响无人机航测精度的其他因素分析

3.1 RTK定位精度的影响

RTK的普及为测绘带来极大的便利，但在屋檐、树下等位置定位精度可能无法满足无人机航测控制要求精度。尤其高程精度的影响，往往容易被忽视。因此使用RTK作为采集工具制作像控点时，应该进行多次测量，取其平均值，即大多数仪器中的控制点测量功能进行数据采集。

3.2 天气对定位精度的影响

大风天气除影响无人机在空中的姿态，无人机的飞行速度也会受到影响。由于在沿海地区，一般风力较大，选择风力较小的天气飞行，飞行高度不宜过高，无人机对地速度过快将影响影像的存储以及曝光点位置的偏移，影响测量精度。另外，光线、雾霾等均对成像产生一定的影响，因此应选择适合的气象条件进行航测。

3.3 外业测量精度检查

实景三维模型的相对精度较高，即使用钢尺容易测取的建筑物，作为区域内精度检查结果的等工具量取时，得到的对比结果良好。在对比绝对精度时，部分阴影中的坐标精度略低，且容易向一个方向发生偏移。外业检查时也需要检查一下能通过全站仪等技术手段采集到的容易测取的建筑物，作为区域内精度检查结果的依据[13-14]。

4 结束语

笔者通过沿海防护林测绘的狭长区域作为测量范围，采用无人机倾斜摄影测量的航带飞行方式，通过设计航线、布设像控点、空三加密、三维建模等手段，最终得到地形图的绘制。与传统测量相对比，利用RTK及全站仪测图的方法，工作效率得到提高，也能大大缩短工期。

随着科学技术的进步，无人机飞行器续航能力将会加强，数据传输距离更远，抗干扰能力更强，无人机摄影测量的应用范围将会更广泛。