低空无人机倾斜摄影测量在城区综合竣工测量中的应用

王福丽，韦 铖，纪海英，李宇博

(1.青岛城市学院，山东 青岛 266106； 2.青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛 266000；3.青岛市海陆地理信息集成与应用重点实验室，山东 青岛 266000)

无人机测绘仪器体积较小，携带轻便，测量过程方便快捷，可实现测区的多次重点测量监测，较以往传统测绘更经济、更安全[1-2]。无人机倾斜摄影技术可获取高分辨率影像，构建实景三维模型，结合三维立体量测技术[3]，可将测绘成果数据从二维空间升至三维空间，全方位、立体化地采集综合竣工要素。该测量和数据处理方法有助于提高工作效率，降低测量工作劳动强度[4]。

1 无人机倾斜摄影

该过程是按照设计方案将具有高清镜头的相机安装在无人机上进行测量。对航摄仪镜头方向进行设置，可以实现多个角度的高清照片拍摄，照片影像可以提取测区的POS数据。在获得地面控制点的高精度点位坐标后，可通过软件获得测区的实景三维模型。根据实际项目需求，提取测区测点的点云数据、DOM等成果。

低空无人机进行摄影测量时，外业测量的无人机飞行高度应比飞机等飞行器的摄影测量高度要低，以提高像片的重叠度。创建模型时，除了必要观测之外，还需要较多的观测数据。应通过高精度的地面控制测量获得地面控制点坐标，结合控制点坐标重新建立三个维度的模型，再进行数据处理，可获得精度较高的测点坐标数据。

1.1 像控点的布设

在无人机倾斜摄影实施过程中，像片控制点的布设极为重要。采用区域网布设方法，在测区内设置相应数量的控制点，结合实际地形及像片数据，粗略设定像片控制点的位置。具体选取时要在平坦整齐且测量标志较明显的地面上。常见的有道路斑马线上的拐角顶点、行车道箭头直角交点、篮球场地的垂直相交的点等。如果测量区域没有较明显的特征点，需在摄影测量之前在地面人为设置较稳定的像片控制点标志。

1.2 低空无人机航空摄影

测区位于某城区姜山镇，地势平坦。外业航空摄影通过四旋翼飞行平台，搭载超清航拍相机，镜头方向垂直地面拍摄一组影像，得到地物顶面纹理；镜头方与垂直方向成45°夹角拍摄，分别获取地物前后左右4个方向的侧面纹理，获取5个角度的高分辨率影像数据。无人机飞行控制在离地面105 m的垂直距离，航行方向的重叠设置为80%，垂直于航行方向设置为75%的重叠。整个项目方案需设置28条航线，采集影像1 384张。航飞前布设5个外业像控点及4个检查点，用于空中三角测量的解算及其精度验证。

2 实景三维模型的建立

将无人机倾斜摄影获取的多角度影像数据，利用Smart3D自动建模技术完成实景三维模型的创建。

2.1 创建过程

创建项目。进行数据预处理，通过布尔莎七参数模型将原始 POS 数据由WGS84大地坐标系转换为青岛市2000国家大地坐标系，将高程数据转换到1985国家高程系统。加载无人机影像数据，导入处理后的POS数据及高精度的控制点数据，建立Smart3D工程。

倾斜摄影空中三角测量。提交第一次空中三角测量，进行自由网空中三角测量；根据高精度的像控点数据，进行刺点工作，完成区域网空中三角测量，获取精确的外方位元素，获取加密点三维坐标。

实景三维模型生成。该过程是将上一步骤获得的成果按块分成多个模型，获取高密度的点位数据，创建三个维度的模型，结合由5个角度采集的纹理上的数据生成三个维度的实景模型。

2.2 1∶500综合竣工图测绘

本地三维倾斜模型的加载。该过程采用EPS数据处理软件，利用数据转换功能将生成的三个维度的实景模型转换成数字表面模型，分别加载本地倾斜模型(DSM模型)和本地超大影像数据(DOM影像)，实现三维模型和二维影像的联动。基于本地倾斜模型的空间信息，直接进行地形要素的空间量算及三维坐标采集。从整体上采集道路信息、房屋信息，在局部上采集对应的附属实施信息，如管道线路、独立点的高程等。该方案可对采集的房檐信息进行纠正，使调绘工作更简单，提高成果输出效率。

外业补绘与调绘。基于内业处理的三维模型及相关数据进行总体检查，对相关区域进行外业测绘，以实现核查和补充。对内业实景三维模型无法测量、辨认的地物，通过现场外业调绘进行实地确认，包括以下几种情况：利用软件内业进行地物、地貌的基本信息判读，需对相关数据进行核实、确定性质、错误改正；因三个维度的实景模型发生形状变化或不够清晰，导致地物、地貌信息无法准确获取；软件创建的模型中有些地物走向及彼此之间的连接方式无法正确辨别；内业处理无法实现实际地物注记信息判读，如道路名称、厂房名称等；外业调绘必须实测一定量的检核点，用于精度评定。

3 精度分析

3.1 空中三角测量精度

经过空三加密处理，自由网的精度为0.86pix。通过空中三角测量生成控制点和检核点的精度报告可知，控制点水平中误差为0.010 m，高程中误差为 0.001 m，点位中误差为0.010 m。检核点位在水平方向的误差为0.039 m，垂直误差为0.041 m，位置误差为0.057 m。

3.2 平面及高程精度分析

平面精度。根据外业实测特征点的平面坐标与实景三维模型上同名点的平面位置比较进行平面精度检查，并进行统计分析。对项目中的20个点的坐标进行分析，根据相关平差计算获得的位置精度在平面上均不超过0.15 m，中误差为0.087 m，符合综合竣工技术要求。

高程精度。该过程是通过同一测点在内业三个维度的实景模型中的高程坐标与其在外业实际测量获得的高程坐标比较计算，采用上述的20个测点的高程数据进行分析，中误差为0.048 m，高程误差的最大值为0.06 m，符合综合竣工测量的技术要求。

4 结语

将低空无人机倾斜摄影技术应用于综合竣工测量，结合青岛某城区综合竣工测量进行了相关方案设计及实施。该方案可以建立三个维度的实景模型，通过高精度的像片控制点纠正，在内业即可实现综合竣工要素的绘制。对该项目中的测点进行统计分析，验证了该方案设计符合综合竣工技术要求，为该城区综合竣工测量提供了一种新的解决方案。