城市基础测绘中无人机倾斜摄影测量技术的有效应用

管斌

（广州市从化区国土规划测绘队，广东 广州510000）

1 引言

无人机倾斜摄影是目前比较先进的影像采集方式，正逐渐在各行各业中应用。其中较为复杂的是无人机倾斜摄影测量技术，无论是相机镜头参数、地面分辨率、航拍参数，以及影像得到后的模型构建和数据采集，都必须按照相关的标准进行。尤其是在城市基础测绘中的应用，更必须具备极高的技术含量和操作能力。

2 无人机倾斜摄影测量技术现状

2.1 有别于传统摄影技术

作为一种先进的摄影技术手段，无人机倾斜摄影测量技术在各领域的应用效果显著，而且未来的发展前景广阔[1]。该技术的核心就是倾斜摄影测量，技术要点是可以利用对诸如左视、右视及垂直等不同方位区域拍摄点相关影像的摄取，构建起三维实景模型，以深入分析并展示测量中拍摄范围的场景模拟、性质、横断面等特征；而传统的摄影测量过程，必须全面考虑测量区不同摄点的中心投影影像的位置，使用处理后的正射影像，以此熟知地理位置、地物特征及像性状等。

2.2 无人机和有人机倾斜摄影的区别

同样的倾斜摄影测量，无人机和有人机在实施过程中各具优缺点。无人机倾斜摄影的优点在于生产活动影响小、具备极强的灵活性及显著的时效性，而缺点在于留空时间相对短、每次测量时覆盖区域比较小；而有人机在倾斜摄影测量中具备稳定的摄影姿态、拍摄面广等优势，其缺点为飞行拍摄时间受限、飞行程序申请复杂及高成本等。所以，必须按照具体的情况和需求应用，最佳的途径是将这两种技术配合利用。

3 无人机倾斜摄影测量技术建设方案

3.1 无人机倾斜摄影

采用索尼a7RII摄像机搭载DB-2S型、IFAUAV-3型无人机。正摄像机焦距的镜头为35 mm，另外4个倾斜摄像机采用的焦距镜头为50 mm，为45°的倾斜相机角度。地面分辨率设置为3.9～4.7 cm。相机使用的是手动模式，光圈为6.3，快门速度为1/1 600 s～1/1 250 s，ISO是自动装置。采用适中的曝光量，获得的影像既可以符合相移限制条件，又能够保证影像的质量。本次航拍利用倾斜摄影技术，可以采集5个镜头的影像数据，包括左视、右视、前视、下视、后视。对正射影像进行处理时，可以单独采用下视镜头采集的影像数据实施高空三角测量，借助pix4d软件制作正射影像，为0.04m的分辨率。正射影像具备适中的反差、清晰的影像、丰富的色彩，可以保持一致性的同一幅图内色调，影像的纹理目视清晰明了，不存在变形和拉花现象。本操作在最佳自驾仪以及自稳平台的支撑下，无人机体现了好的飞行质量，航向和旁向显现很大的重叠度，航拍漏洞为零，较小的航线弯曲度，均在风向稳定、风速小的中午进行飞行，分析自驾仪的POS数据，飞行质量完全符合要求。拍摄的图像完全可以分辨出恰似地面分辨率的微小地物影像，可以以此构建清晰的立体模型。

3.2 空中三角测量

因为无人机倾斜摄影数据具有特殊性，必须借助多视角影像联合平差的技术手段实施空三加密的措施。建模软件可以利用最新ContextCaptureCenter Edition4.4.8，开展空中三角测量以及后续模型制作，还要进行TDOM的生产[2]。

3.3 正射影像挂图

本技术实施设定正射影像挂图比例尺1∶3 500，挂图规格为1 300 mm×1 500 mm。影像挂图上标注的内容包括企事业单位名称、机关单位名称、道路、水系名、学校和幼儿园等，可以在合适的位置对比例尺和指北针进行标注。

3.4 图库一体采编

图库一体采编程序可以借助山维EPS地理信息工作站来实现；数据采集的模式可以考虑采用正射影像与三维模型相结合，三维模型采集的数据包括房屋和房屋的附属设施以及标注属性，而正射影像可以采集其他地物的数据。可以按照实际的地物情况对两种采集方法进行灵活转换。利用这两种手段进行地形图绘制后，实施野外调绘，也就是说对于那些地物被遮掩或者建模不理想的地方，内业的判断难以准时采集，因此标注的“此地物内业无法判断，需外业实测”的字样，可以一并进行属性调绘、补测、核查等业务。

4 测绘成果精度检查

4.1 地形图精度检查

地形图精度也称平面点及高程点精度，检查的对象包括电力线杆、井盖、屋角等关键地物点，检查的项目包括井盖、空地和道路实施高程点外业数据采集，然后认真比较采集到的相应图上点位数据，检查的结果安全能满足相关规范的要求，也就是符合正态分布的规律，更吻合设计的标准。

4.2 实景数字模型检查

对空中三角测量合格的分区可按照三维TIN的空间位置信息，自动采集良好的视角影像，同时构建纹理模型，实现三维模型体的完整构建。通过对模型的目测检测，没有异常破面、没有空洞，而且有效裁剪了超出像控部分，呈现整齐美观的边缘。同时，对大比例尺测图的可行性进行验证，对象为实景模型1∶500的比例尺，对外业检查点实施了部分测量，检测了模型的精准度。经过检测，模型的平面、高程中误差都不超过8 cm，完全符合1∶500比例的地形图的精度标准，有理由成为1∶500地形图采集的依据。

4.3 正射影像挂图检查

该技术措施全面检查了所形成正射影像挂图，检查标准包括图面美观且清晰易读、正确而完整的内容、图幅整饰的完整和规范等。该影像通过了某城市测绘产品质检站的验收。依托二维相片或者倾斜影像，实景三维建模技术自动生成高分辨的、带有逼真纹理贴图的三维模型，呈现逼真的效果、全面的要素，在精度上符合要求[3]。

5 应用实例分析

本案例检测区域位于某省会城市的某个小区，检测区域占地面积为20万m2。按照操作要求，进行构建测区的三维实景模型，同时绘制精度要求很高的1∶500的数字线划地图。该测绘操作利用无人机为中海达D6无人机，所搭载的倾斜相机为miniQ5，设定的飞行高度为100 m。平面精度检验利用宾得R422NM全站仪，而高程精度检验利用的是天宝DiNi03型水准仪。测绘区设计8个像控点，20个精度检查点，同时布设10组单体建筑空间精度检查点。相关的影像匹配和模型构建则是利用Smart3D实现。数字线划图的制作利用清华山维EPS实施。模型检查点平面误差统计如表1所示。

表1 模型检查点平面误差统计（单位：m）

通过各个检查点及模型细部精度检验结果显示：①模型中检查点平面的最大误差值为0.110 m，平均值为0.072 m，检查点误差在平面中的值为0.074 m，没有超出GB/T 23236—2009《数字航空摄影测量空中三角测量规范》标准。针对平地环境中1∶500测图比例尺平面检查点，其最大限值没有超出规定的0.175 m的要求。②模型中检查点高程的最大误差值为0.264 m，平均值为0.078 m，检查点的误差在高程中数值为0.094 m，没有超过GB/T 23236—2009《数字航空摄影测量空中三角测量规范》的标准。针对平地条件下1∶500测图比例尺高程检查点，最大限值没有超过0.15 m的规定要求。

6 结束语

综上所述，作为一项测绘的新技术，倾斜摄影测量利用角度不同的摄影镜头，对相关倾斜影像资料进行获取，实现了多个不同角度、针对不同地理位置对高分辨率影像采集技术的新突破，解决了传统无人机正面拍摄手段的局限性问题，显著提升了城市基础测绘的质量和效率。为现代化智慧城市的建设奠定了技术基础，也为企业的信息数据采集开创了更便捷的途径。