无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用

摘要：无人机倾斜摄影测量技术的应用能够有效应对各种复杂的外业测量状况，通过灵活机动地控制无人机进行航拍，可全面获取目标测区的影像信息，且在内业工作中也是依靠各类软件和三维建模技术来完成图像处理和地形图绘制等工作，无须占用大量的人力资源。鉴于此，在对无人机倾斜摄影测量的应用优势进行分析后，就无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的关键流程和应用要点展开研究，以期加大对该项测绘技术的推广应用范围。

关键词：无人机倾斜摄影测量大比例尺地形图测绘

中图分类号：P27

ApplicationofUAVObliquePhotogrammetryinLargeScaleTopographicMapping

XIONGYangkun

PingxiangLandandSpaceSurveyandPlanningInstitute，Pingxiang，JiangxiProvince，337000China

Abstract：TheapplicationofUnmannedAerialVehicle（UAV）ObliquePhotogrammetrytechnologycaneffectivelycopewith variouscomplexfieldmeasurementsituations.ByflexiblycontrollingUAVsforaerialphotography，comprehensiveimageinformationofthetargetsurveyareacanbeobtained.Inaddition，italsoreliesonvarioussoftwareand3Dmodelingtechniquestocompleteimageprocessingandtopographicmapdrawingworkintheworkplace，withoutoccupyingalargeamountofhumanresources.Inviewofthis，afteranalyzingtheapplicationadvantagesofUAVObliqueThotogrammetry，thekeyprocessesandapplicationpointsofUAVObliquePhotogrammetrytechnologyinlarge-scaletopographicmapsurveyingandmappingarestudied，inordertoincreasethepopularizationandapplicationrangeofthissurveyingandmappingtechnology.

KeyWords：UAV;ObliquePhotogrammetry;Largescale;Topographicmapping

无人机摄影测量技术中融合了多种现代化测量技术，且借助高效的图像处理技术能够更加准确地还原目标测区的地物特征，使得地形图测绘结果更加可靠，提升地形图信息的适用度，为多种土地资源管理和利用等工作提供有效的信息参考。目前，无人机航测技术已经逐步被应用于城市建设规划、自然资源调查和矿山测绘等领域中，技术应用效果十分显著。为能进一步发挥无人机航测技术的应用价值，仍需不断总结技术应用经验。

1无人机倾斜摄影测量的应用优势

1.1成本投入低，经济效益显著

无人机航拍测绘中的人工投入和设备投入较小，相关统计数据显示，相同测绘区域和测绘条件下，人工测绘技术的成本是无人机航拍测绘成本的10倍左右，且人工测绘的效率偏低，一些陡峭山崖和涉险区域并不可达，还会对测绘数据的完整性带来一定影响。无人机测绘设备的采购成本虽然偏高，但支持反复使用，且维修养护得当的情况下全寿命周期也较长，为野外测绘工作带来了极大的便利。与早期人工测绘技术相比，无人机测绘的经济效益十分明显[1]。

1.2测绘效率高，缩短地形图测绘周期

无人机测绘中可以根据测区范围和地形特点对航拍路线进行科学设计，并综合多方因素对测绘点位进行合理优化，以实现对无人机航行高度、方向和路线的合理控制，使得无人机能够通过调整方向和高度获取更加全面的图像信息，也在很大程度上节约了测绘时间。在无人机航测技术的支持下，往往能够在短时间内获取全面的影像信息，后期经过软件和三维建模处理后，可以生成质量可靠的地形图，有效缩短了地形图测绘的周期。

1.3灵活机动，测绘结果可靠

采取无人机航测技术时可以有效应对各种复杂的测绘条件，对于人工测绘中面临的地势问题和地质问题可以采取灵活机动的测绘手段轻松化解，保障获取影像信息的全面性。其中的多旋翼无人机可以随时随地开展航拍任务，灵活作业能力较强，且可在航拍的同时将测得的数据信息及时回传，相关人员及时检查影像信息质量，如出现不合理的影像信息则可控制多旋翼无人机进行及时补拍，在较为复杂的作业环境下，可能会影响航拍效果，可暂停拍摄，并标记好坐标，当作业环境稳定后继续完成航拍作业即可[2]。

2无人机摄影测量的关键流程和应用要点

2.1无人机倾斜摄影测量的关键流程

2.1.1合理规划航拍路线

在实际开展地形图测绘工作之前，先要根据地形图测绘的范围和基本要求对航拍的线路进行合理设计，既要保障航拍画面的全面性，也要避免多次返航，提高航拍作业率。进行航拍路线设计时，主要考虑因素包括无人机的飞行高度、航线重叠率和摄影基线等。其中的飞行高度设计中要结合实际测绘需求进行高度控制，且航线间的高度差不得超出5%，最大高度差要控制在50m以下；而重叠率则是指航向重叠和旁向重叠，航向重叠指的是同一航线下相邻两张图像的重叠率，而旁向重叠则是指临近飞行航路之间的重叠率；拍摄基线则是指两次摄影时的间距。通过对上述参数的合理设计能够获取更为全面的影像信息，为地形图的绘制提供可靠的资料参考[3]。

2.1.2无人机航拍

航拍作业流程：（1）确定无人机的起飞和降落区域后，做好航拍准备工作，即将摄像机架设到位，保障无人机电量充足，一切准确就绪后，便可在接收起飞信号的第一时间启动发射无人机；（2）地面站实时监测无人机的数据收集状况，鉴于无人机中搭载了较为精密的差分系统，仅需对差分数据和基站数据进行监测即可；（3）无人机完成航拍任务并返航时，当其航行至降落点附近，需要切换成人工操控模式，将降落点位置的杂物和障碍物全部清除后，控制无人机平稳落地；（4）将储存装置中的信息数据全部提取出来，对数据信息进行检查，查看有无不合格数据和缺漏数据，如有则需立即安排下一次航拍作业，对缺漏数据和不合格数据进行补充。

2.1.3像控点的布设

可以基于《倾斜数字航空摄影技术规程》中的相关规定来明确像控点的布设要求，并且做好像控点的测量和定位等工作。具体测量方法如下：（1）基于待测区域的范围大小和地形特点将待测区域划分为上千个分区，并且搭建起GPS网络，且要保障各个网络之间至少有3个公共点，将公共点之间的误差控制在点位误差的两倍以下，此举能有效提升坐标系的转换速度以及增强待测区域的地形的高程拟合度，有助于提升地形图的测绘效果；（2）在使用GPS技术对像控点进行测量时，要先在GPS网络中设置一个基准起算点，并以此为起点，逐步向四周辐射测量；（3）对于需要转换成其他参考系的状况，需要至少设置3个已知坐标系的基础控制点，并在联合GPS网和周围联测数据的基础上形成一个二维约束平差起算点。即利用七参数计算方法得出最终的转换参数，且其中至少有一个检查点，起算点的选择要能充当起全网的控制依据[4]。

2.1.4内业数据处理

内业数据的处理方法如下。

第一，空三计算法。主要是借助专业的三维建模软件Smart3D软件完成对航测数据的提取和处理等工作，首先将航拍影像信息导入软件，利用特殊的信息处理功能对其中的特征点进行提取，之后通过提取同名点、定向匹配和区域网平差等操作进行具体计算，最终形成合格的可被用于绘制地形图的空间测量数据。

第二，高密集点云生成技术。指的是在输出空三测量数据后，提取其中的影像特征点并形成高密度点的云数据。

第三，TIN网模型建立。模型建立的过程涉及大量的数据处理操作，相对来说工作量偏大，为能有效提升模型建设的效率，可以先对航拍区域进行分割，并进行小块模型的划分，在每个小块模型中构建起精细化的网络，在多个小块模型的同步作业下，逐步组建成不规则的三角网，即为TIN网。

第四，自动纹理映射。基于自动纹理映射技术能够将TIN网模型中的相关信息转变为分辨率较高的影像信息，并且形成纹理精度较高的三维模型。此种形式下获取的三维模型支持OSGB和OBJ格式的输出，这为入驻市场中的主流应用平台创造了良好的条件，相关用户可以通过访问特定的平台来获取较为直观的地形图测绘信息。

2.2无人机倾斜摄影测量技术的应用要点

2.2.1倾斜摄影技术

在当前的无人机倾斜摄影测量作业中，通常是选用五视镜头进行拍摄，此类镜头的优势在于能够多角度地获取影像信息，使得航拍过程中获取的影像信息更加完整，在航线设计合理的情况下，采用此种航拍方式很少出现画面遗漏的现象。在无人机中搭载的惯导系统还能保障对三维坐标信息的实时获取，使得画面信息与坐标信息相互对应，有助于更好地还原地形效果。无人机倾斜摄影的过程中，航线、高度和飞行速度等因素均会对影像获取效果带来直接影响，因此在实际航拍作业之前，需要先做好对航线和高度等的设计工作，充分考虑目标测区地形地势分布特点的基础上对无人机航线进行科学设计，确保尽快完成目标测区地上影像的收集工作。其中航拍作业中为了避免出现画面遗漏的问题还需对航向和旁向重合度进行科学控制，为保障重合率的控制效果还需选择具有代表性的地征物作为主要参考目标。无人机航拍任务结束后，对获得的数据信息进行全面检查，重点查看有无缺漏现象和不合格的影像信息，根据数据检查结果决定是否立即开启新的航拍任务，对缺漏信息和不合格的影像信息进行补充。此外，可以通过有效筛查将其中没有利用价值的影像进行及时筛除，以免加大图像处理量，影响地形图测绘的效率[5]。

2.2.2数据整理形式

在地形图测绘中较为常用的数据处理工具有DPW和VirtuoZO两种，在大尺寸地形图测绘中如需要获取数字正射影像，就需要有较为丰富的数据资源作为基础保障。此外，相关人员需要尽可能地收集航拍信息和测绘信息，并使用计算机技术对各类数据进行加密处理。数字正射影像的应用空间十分广泛，既能为控制点的布设提供一定的辅助作用，也能得到较为准确的外方位元素。在对航拍影像信息进行校正处理后，还需将校正之后的图像信息形成数字正射影像，目的是对测绘数据进行补充，使其能够尽可能满足地形图测绘的基本要求。在进行数据整理时，可以直接将目标测区的地貌作为主要参考依据，通过对前期获取的数字正射影像进行有效拼凑和比对，并在拼接的过程中做好图像剪裁工作，可以获得更加立体和全面的地形图测绘影像图形。

2.2.3空三测量方法

空三测量过程中对相关测绘软件的依赖度较大，空三测量的目的是明确待测区范围内各类地物的位置关系和遮挡关系，这与多视影像联合平差地形测绘的目标相符。现行的空三测量中均会将POS系统融入其中，确保实现对各类方位图形像片要素的合理分配，经过匹配处理后，可通过对控制点坐标以及相互间的连线描绘出地物的空间关系。在无人机航测中收集的数据相对准确，与实际地形信息的误差较小，但为了更进一步地提升地形图测绘信息的准确性，仍需对获取的测绘信息进行检查。这主要是由于无人机航拍作业中不可避免地会受到部分不利因素的影响，致使产生误差问题，如不能及时缩小误差则很可能导致地形图测绘信息失真的问题，鉴于此，需要采取合适的检测措施对测绘信息的准确性进行验证。较为常用的检测方法为，在目标测量区域内设置多个散点，并且通过多次误差校正来提升测量结果的准确性。

2.2.4三维模型构建

所有测得的影像经过处理之后便可基于已有的图像信息来构建三维模型，模型构建方法为，先对影像数据进行加工预处理，为三维模型的构建提供可靠的信息参考。常见的三维模型包括两大类：一类为基于纹理映射构建的三维模型；一类是利用特定软件构建的三维模型。两种三维模型的表现形式不同，适用范围也有所不同，具体的地形图测绘工作中可以基于地形图的功能特点选择对应的三维模型构建方法。

3结语

无人机航测技术在地形图测绘中的应用价值有目共睹，尤其是在一些大比例尺地形图测绘工作中，能够利用现代航拍手段提升测绘效率，缩短测绘周期，增强地形图测绘数据的时效性，为土地资源管理和国土空间开发等工作提供可靠的信息参考。无人机航测技术的应用优势不仅仅局限于此，其在地形图测绘中的作用价值还有待继续开发，相关技术人员需要积极总结技术应用经验，并深度挖掘无人机航测技术的应用价值，使其为地形图测绘工作奠定坚实的技术基础。

参考文献

[1]郭伟.无人机倾斜摄影技术在矿山大比例尺地形图测绘中的应用研究[J].科技创新与应用，2023，13（25）：193-196.

[2]王代雄，刘雨生.无人机倾斜摄影测量技术在大范围地形图测绘中的应用[J].北京测绘，2023，37（8）：1182-1186.

[3]谢运广.无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图中的应用和精度分析[J].测绘与空间地理信息，2021，44（3）：195-197，200.

[4]崔志远.面向实时施工覆盖监测的地图服务设计与实现[D].南京：南京邮电大学，2023.

[5]丁雪.基于倾斜摄影和点云数据的城市三维建模方法研究与应用[D].阜新：辽宁工程技术大学，2023.