基于倾斜摄影实景三维与竖直摄影立体像对的大比例尺地形图生产

胡震天，刘燕芳

(南宁市勘察测绘地理信息院，广西 南宁 530023)

1 引 言

一直以来，大比例尺地形图数据的获取主要方式是通过常规航空摄影测量和传统测绘方法。常规航空摄影测量(大中型飞机搭载专业量测相机)受空域、工程进度天气等诸多因素影响，费用较高，且面积较小、等级较高的工程不宜采用，而传统测绘方法需要投入大量的人力、物力、财力，且存在外业强度大、施工周期长、部分危险测区测绘人员难以进行现场勘测等缺点[2]。

进入21世纪，无人机的用途不断扩大，已经成为一种新型的空中平台，在国民经济建设和现代战争中发挥着越来越重要的作用。无人机最大的特点是机上没有驾驶员或操控员，比有人机成本低、效率高、生存力强、机动性好，更加适合执行“枯燥”、“肮脏”、“危险”的3D任务，在灾后应急测绘、小范围内的大比例尺地形图测量以及土地调查等工作中发挥了重大作用。

随着无人机的迅猛发展，航空倾斜摄影作为一项高新技术出现在国际测绘领域，摆脱了以往单一的垂直摄影的局限，转而在同一个飞行平台上同时搭载多个各成角度的感光器件，同时从多个不同角度(前、后、左、右、上、下等)采集影像，获取的影像成果更符合人类认知的直观真实世界。倾斜摄影技术的发展不仅可以提高地表特征的解译和实景三维模型生产效率，还能够提供多种直接量测手段，如直接量算距离、高度、面积和体积等[3]。倾斜摄影与竖直摄影的相结合，同时得到地面地物的顶部和侧面翔实的纹理信息，已广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收，基础地理测绘等行业。

2016年4月南宁市勘察测绘地理信息院开始采用此方法生产大比例尺地形图，已生产约 85 km2，并摸索出利用倾斜摄影实景三维与竖直摄影立体相对相结合的生产线划图的作业指导文件，取得较好的效果。本文简要阐述该生产流程、生产实践情况及该方法的优缺点。

2 倾斜摄影与竖直摄影相结合的方式生产大比例尺地形图作业流程

2.1 作业流程图

作业流程主要包括项目准备，航空摄影，像控测量，空三解算，数据采集、调绘、编辑，成果提交等内容，生产流程如图1所示。

作业流程中分为倾斜摄影实景三维和竖直摄影立体模型两种不同作业方式同时生产，竖直摄影立体模型即为传统航测采集方式，该方式生产大比例尺地形图利用无人机航测时，因无人机姿态不稳定，会出现部分立体模型无法建立、部分立体模型区域较小、部分相邻模型接边误差较大，可生产 1∶1 000及以下比例尺测图工作，但稳定性较差，建议空三解算前进行相机检校与影响畸变纠正。

倾斜摄影数据获取一般将相机镜头前倾45°进行拍摄，根据地形地貌设计航飞方向数(1个～5个方向)；布设像控点密度相对竖直摄影立体模型较小，尽量布设于测区边缘处。

倾斜摄影无须相机检校及影像畸变纠正，空三解算完成后，利用空三成果自动三维建模，获取实景三维模型后不再进行任何采集前处理(精度检校除外)，可直接用于数据采集。

利用倾斜摄影产品实景三维模型获取DLG数据，由于采集数据精度高，作为本文生产方法的主要采集方式，占数据采集部分的90%，竖直摄影立体模型采集仅为补充，主要采集三维模型显示不明显的坎、等高线、杆状地物、水域范围线和水面高程、部分立体可估算的树底高程等在三维模型中不能采集的要素。

3 实践案例分析

3.1 项目概况

(1)2016年我院航测中心线划图项目测区概况

①武鸣区花花大世界1∶500地形图测量项目，共 8.8 km2，该项目测区范围内村庄散落，石头山较多，水域面积大，林木茂盛，灌木丛生，通视情况较差；由于正在进行大规模开发和施工，地形地貌变化较大，有推土区和施工区。

根据地形竖直摄影2个架次；倾斜摄影5个架次，两方向拍摄，航向重叠度设计为80%，旁向重叠度设计为80%，实际重叠度均为80%，相对航高 350 m，地面分辨率优于 0.06 m。

该项目由于无人机进行竖直摄影，姿态较差，造成立体模型可利用率较低。

②兴业县1∶1 000地形图项目，共 25.8 km2，该项目测区包括兴业县城区及周边多个村落，主城区有少数小区为高层建筑，多为民房及私宅，各村落房屋密集，建筑分布杂乱，形状怪异，破旧房屋较多；其他区域多为农田和旱地，整个测区为盆地，地势较平坦，仅在测区的北部和东南部有少数山地；测区地形较破碎，地物较复杂，难度较高。

根据地形竖直摄影5个架次；倾斜摄影8个架次，三方向拍摄，航向重叠度设计为75%，旁向重叠度设计为75%，实际重叠度均为75%，相对航高 350 m，地面分辨率优于 0.05 m。

该项目竖直航空摄影过程中由于相机未定焦，航飞时相机抖动，造成三维模型数据模糊，不利于精确采集数据，导致重新拍摄两个架次。

③三塘镇1∶1 000地形图修补测项目，共 22.5 km2，该项目以地形更新为主，由于火车东站的修建造成测区内地形地貌发生较大变化，建筑中道路、施工区、堆土区较多；村庄相对集中，房屋密集，部分村庄难以区分房屋间隔。

根据地形竖直摄影4个架次；倾斜摄影23个架次，两方向拍摄，航向重叠度设计为80%，旁向重叠度设计为80%，实际重叠度均为80%，相对航高为 300 m，地面分辨率优于 0.04m。

(2)项目成本与工期

2016年我院航测中心线划图项目各流程生产周期 表1

从表1中可以直观看出，调绘及补测所用时间占项目总工期比例较小，内业数据采集、编辑工期占较大比例。

(3)项目精度

2016年我院航测中心线划图项目精度小结 表2

从表2中可以看出，利用实景三维与立体模型相结合采集数据的方法均能满足大比例尺精度要求，且平面与高程中误差一般为 10 cm～20 cm。

4 优缺点分析

通过倾斜摄影获取多角度航摄像片，辅以地面控制，用Smart3D Capture软件进行空三加密解算和实景三维模型生产，再使用EPS三维测图模块进行数据采集。

优点：可采集到房屋主体结构，各类坎易于分辨，裸露地表可精确采集，房屋层数可内业识别并标注，平面、高程精度较高，采集、编辑可同时进行，工作量大多转移到内业，大大减少外业调绘的工作量，对作业员要求较低。

缺点：航摄影像重叠度要求高，分辨率高，相对航高较低，航拍时间较长，航飞难度大；空三解算耗时较长，对硬件要求相当高，自动三维建模耗时长；对于电杆、路牌、独立树等杆状地物识别度较低，几乎无法采集数据；植被覆盖区域、高大建筑遮挡区域等无法准确采集；加大内业难度，内业成图时间较长。三维模型本身存在对于纹理不足的地方会进行空洞填补，会造成拉花现象，加上植被覆盖区无法用三维模型采集，只能使用传统立体模型进行采集，但立体像对采集精度相对较低，且对作业员要求较高。

5 结 语

采用全野外方法实测精度高，但进度慢，工期无法保证，且成本较高；采用传统立体采集和外业修补测的生产方式也无法满足项目工期和精度要求，因此大比例尺地形图项目生产启用了三维采集新方法，大大减少了外业工作量，使地形图精度和工期得到保障，成图效率高。

[1] 杨青山，范彬彬，魏显龙等. 无人机摄影测量技术在新疆矿山储量动态监测中的应用[J]. 测绘通报，2015(5)：91～94.

[2] 杨德芳，王红莲，杨晓英等. 无人机摄影测量技术在线路工程勘测中的应用研究[J]. 现代测绘，2015，38(6)：18～21.

[3] 李德仁，刘立坤，邵振峰. 集成倾斜航空摄影测量和地面移动测量技术的城市环境监测[J]. 武汉大学学报·信息科学版，2015，40(4)：428～435.

[4] 王建强，钟春惺，江丽钧等. 基于多视航空影像的城市三维建模方法[J]. 测绘科学，2014，39(3)：70～74.

[5] 姜丽丽，张姝娟，王鸿阳等. 倾斜航空摄影数据空中三角测量的精度分析[J]. 测绘与空间地理信息，2015，38(5)：59～63.

[6] 吴文坛，田挚，李哲等. 河北CORS在大比例尺倾斜航空摄影测量中的应用[J]. 测绘通报，2013(2)：63～66.

[7] 王海风，盛艳容，马杰. 倾斜航空摄影斜视影像分辨率分析[J]. 测绘与空间地理信息，2014，37(9)：85～88.