无人机倾斜摄影测量技术在大比例地形测绘中的应用

江西省核工业地质局二六五大队

一、无人机倾斜摄影测量技术的概念

（一）倾斜摄影测量简介

无人机倾斜摄影测量技术是通过无人机搭载的五个镜头，分别从垂直与倾斜的角度，对目标正中物及其前、后、左、右五个方向采集影像数据，在拍摄过程中无人机的航速、航高、航向等信息会被记录，然后将数据导入相关软件进行分析处理，进而建立三维模型。无人机的出现与发展，大大促进了倾斜摄影测量技术的发展。多角度拍摄的影像可以帮助测绘人员获取更多的地形信息，遮挡物对测绘工作的影像被明显弱化，使得构建三维模型的工作能够更好地进行。倾斜摄影技术在不但大比例尺地形图的制作中得到广泛使用，在不动产测绘领域也有着巨大的应用需求量。

（二）无人机倾斜摄影测量的优势与局限性

相比于传统测量方法，无人机倾斜摄影测量有着较大的优势。最为明显的是成本低、效率高，无人机倾斜摄影测量不需使用大量外业人员，使用无人机航拍获取影像数据效率颇高，如使用无人机倾斜摄影测量技术能够快速构建三维模型，省去了传统测绘方法中的屋檐改正、层数调绘等工作，既节省大量时间成本又减少了大量的人力成本，且面对一些传统测量方法难以测量的地形，或是野外无法测量的地域，无人机倾斜测量具有传统测量方法无法比拟的优势。

无人机倾斜摄影技术也有着一定的局限性。无人机搭载的五镜头相机所获取的地面目标物的姿态数据并不完全精确，与真实曝光时pos数据存在着一定的差值，且该相机的拍摄范围较小，在进行大比例地形的测绘作业时，需要获取的数据较多，因此相片数量将会很大，进行数据处理很依赖处理软件的性能，且需要配置多名内业人员进行数据处理。另外，受无人机载重量等因素制约，其上搭载的相机并非专业的量测用相机，存在着镜头畸变的现象。

二、无人机倾斜摄影测量误差分析

无人机倾斜摄影测量技术中，误差的主要来源有以下几种：①影像质量。无人机在飞行的过程中，由于机身的震动及飞行过程中相机摆动等原因，导致相机在曝光时被拍摄物与感光元件的相对位置发生改变，最终导致影像模糊的现象，此现象被称为影像位移，使影像质量降低。②镜头畸变。前文中有所提及，无人机搭载的五镜头相机并非专业的量测相机，存在光学畸变情况，畸变的来源主要为三个方面：镜头的光学误差、A/D转化过程中产生的电学误差以及镜头机械误差。③相片重叠度。相片重叠度即无人机摄影过程中，对相邻区域进行摄影时对应同一部分的地面影像的多少，航向重叠度越低，该影像越少则相片重叠度越低，那么对应地面的共有信息就越少，因此在对同名点进行匹配时，产生的同名点共线方程就会更少，所求得的物方坐标误差就越高。在低空数字航空摄影规范中，规定航向重叠度一般应为60%～80%，最小不小于53%；旁向重叠度一般应为15%～60%，最小不小于8%。在无人机倾斜摄影测量中，规范内的旁向重叠度并不足以建立足够精确的三维模型，在实际操作中，应当将旁向重叠度设置在75%以上。

三、无人机倾斜摄影在大比例地形测绘中的应用要点

（一）关键技术

无人机倾斜摄影测量的关键技术主要有以下几点：①空中三角测量。空中三角测量是通过前方交会与后方交会，以较少的控制点坐标为条件，对未知点坐标与影像的外方位元素进行求解，用于模型定向及后续测绘产品生成。②影像匹配。影像匹配是在不同相片之间建立连接关系，对所拍摄的相片通过建立特征关系来进行整合。影像匹配会获取大量同名点，而同名点是参与空三测量的关键因素，因此影像匹配的精度对空三测量精度有着直接的影响。③密集匹配。密集匹配旨在生成密集点云，一般使用多视影像密集匹配技术。无人机倾斜摄影使用的多角度拍摄会产生许多点云信息，其中的冗余信息可以起到纠正错误匹配的效果，进而使获得的点云数据更加精确，此外多视角的拍摄对于拍摄盲区的特征能够起到较好的弥补效果。

（二）地形图成图精度

当三维模型的精度符合地形图生成的要求时，三维模型地形图绘制精度体现为同一点在三维模型之上的重复测量值之间的吻合程度，也可认为是各测量值与中值的相近程度。重复测量值的吻合度越高，则精度越高；重复测量值越分散，则精度越低。有两种方法可以用于分析以三维模型为地图绘制而出的地形图的精度，一是利用传统测量方法绘制的地形图与前者进行对比分析，二是利用地物检查点对其进行分析。若绘制的地形图精度不够，则需分析误差来源，进行矫正。

（三）利用三维模型绘制地形图精度控制措施

首先，对地物进行识别。在正摄影像中地物被遮挡而无法进行清晰识别时，应当旋转三维模型观察被遮挡地物以进行辨认。其次，结合二维模型与三维模型进行地形图绘制，此措施目的是在正摄影像中获取一点平面坐标的同时，在三维模型中获取其高程坐标，这样绘制的地形图精度比单纯在三维模型中绘制的地形图精度更高。此外，应当为地形图中的地物、地形添加属性，例如房屋层数等。总的来说，二维正摄影像所获取的平面精度更高，三维模型下能够绘制出正摄影响难以识别的地物以及被遮挡的地物。

四、总结

综上所述，无人机倾斜摄影测量技术作为一项近年来才发展起来的技术，其优势已经较为明显，在成本上以及效率上都胜过传统测量技术，将其应用在大比例地形图的测绘中能够缩短工期、降低成本，并提高地形图的成图精度，但该技术仍有一定的局限性以及使用时需注意的地方，在实际应用的过程中应当对这项技术进行充分的了解。