倾斜摄影在地形图测绘中的应用研究

张官进 梁丽丽 刘苗苗 宁玲玲 袁平

【摘 要】 针对传统大比例尺测图方法存在工作量大、人工成本高、效率低等問题，本文提出采用倾斜摄影测量技术进行地形图测绘的方法。利用无人机倾斜摄影测量高效、便捷和三维数据采集的技术特点，对六安市部分地区房地一体化项目运用无人机倾斜摄影测量技术采集影像，并对影像重建生成实景三维模型，最后将采集成果精度与传统外业测量精度进行对比分析和精度验证。结果表明，检测点平面位置和高程的中误差分别为0.04 m、0.11m，成果满足1∶500地形图精度要求。综上，倾斜摄影测量技术测量精度高，能有效提高测图作业效率，降低成本，可以广泛推广应用于土地调查项目。

【关键词】 倾斜摄影测量技术;点云;大比例尺地形图;实景三维模型

【中图分类号】 P232 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）06-0097-03

地形图测绘常采用GPS-RTK与全站仪结合的全野外实地测量方法，该方法具有精度高、工作量大、周期长、成本高等特点。随着无人机技术的发展，倾斜摄影越来越多地应用到测绘项目中，无人机的五镜头可以方便、灵活地获取多角度清晰影像，突破了GPS-RTK与全站仪结合的散点测量，实现了垂直、前、后、左、右各45°倾斜等五个不同角度的面测量。根据影像快速自动生成的实景三维模型可以全要素反映地面情况，且倾斜摄影技术简单，外业作业量小，工期短。综上，本文拟以测区为例，把倾斜摄影技术应用到大比例尺地形图测绘中，并对测图精度进行研究。

无人机发展较晚，倾斜摄影出现时间短，专家学者对无人机航测的研究较少。原喜屯等针对河南省房地一体项目的具体要求，设计了倾斜摄影测量的技术流程。付博等利用倾斜摄影测量技术获取江西省抚州市的某图书馆影像数据，实现了图书馆的三维模型构建。曲林等完成了倾斜摄影高、中、低空测量解决方案。李冬森等实现了城市土地利用动态监管。C.L.Kang.等利用UAV倾斜摄影测量技术在广西龙脊梯田景区设计了智慧旅游方案。李森盛等以倾斜摄影立体测图技术针对甘肃某农村的权籍测量提出测量技术指标要求。张淑玲等就全国各省农村房地一体确权登记颁证工作，提出了利用无人机倾斜摄影三维模型测绘房地一体确权要素。

综上，倾斜摄影技术优点突出、应用范围广。为进一步研究其在测绘大比例尺地形图方面的应用，本文以六安市韩摆渡镇某村为例，利用倾斜摄影获取地面物体影像，经ContextCapture软件处理后生成模型，模型矢量化为地形图，在地形图中获取部分特征点坐标并与RTK实地采点相比较，验证该方法的精度可靠性。研究路线如图1所示。

1试验概况与数据处理

1.1测区概况

以韩摆渡镇某村为研究区域，该区域经纬度坐标为东经116°，北纬31°。研究区域近1km2，研究区属淠河冲积平原，测区内整体地势起伏相对平缓，交通状况良好，便于无人机倾斜摄影测量工作的进行。根据测区范围及现场踏勘情况，共布设14个像控点，像控点位于公路等空旷位置，清晰、无遮挡。

1.2数据采集设备

本研究采用大疆精灵Phantom 4RTK无人机，此款无人机自带定位和POS系统，操作简单、便携易用。影像质量决定模型精度，为得到高质量影像，依据无人机倾斜摄影测量技术规范设置航向、旁向重叠度、航高、摄影角度等航摄参数。

1.3影像处理

在Context Capture中检查影像信息，因系统及外界原因，部分影像缺少组件及POS等关键信息，需删除影像信息不全及缺少POS的影像。影像应分布合理，较为完整;航向及旁向距离均匀;影像在一个平面内，无明显分层，航飞质量较高。

1.4空中三角测量

根据规范，航摄区域范围内至少含有3个像控点，像控点需提前用油漆等标定在地面上，坐标用RTK实测。测区内布设的14个控制点均清晰呈现在像片内，根据要求，每个控制点均需在A、E、S、W、X等5个视角下刺点。

像控点坐标导入后，每个像控点需在五个镜头下分别点刺，刺点完成后进行第二次空中三角测量。空中三角测量完成后，影像应平整无起伏，地面影像无错位，3D视图清晰。如图2所示为空中三角测量成果图。

空中三角精度报告可直接反应空中三角测量的精度，主要包括X、Y方向和3D误差。如表1所示为空中三角精度报告部分内容。

由表1可知，空中三角加密控制点X、Y方向的中误差均小于5cm，重投影误差小于一个像素，3D误差在15cm以内。根据《规范》，空中三角加密后的航飞影像满足重建三维模型的精度要求，如图3所示为测区局部三维模型。

2精度分析

2.1地形图绘制

对三维模型进行矢量化，包括建筑物外部轮廓和线状地物的绘制、高程提取、地形图修饰。根据建筑物侧面形状数据信息，绘制建筑侧面轮廓基点，形成闭合线状要素，利用三维模型确定建筑物的空间特征，匹配建筑物属性信息。绘制完成后对照倾斜摄影模型完成地图注记，通过地图符号和设计等修饰绘制要素。

2.2成果及其精度分析

在测区范围内选取特征点，分别获取特征点的实测坐标与图上坐标，计算特征点外业实测坐标与所绘地形图上相应地物点的测量坐标X、Y、Z方向的残差值，计算平面及高程中误差。如图4所示为各方向残差值折线图。

由图4可以看出，Z轴方向的中误差比平面中误差大，Z轴最大误差和最小误差分别为0.18m和0.05m，平面中误差较小，最大误差为0.06m，最小误差为0.02m，满足《1∶5001∶10001∶2000数字地形图测绘规范》中精度要求。

综上，利用航飞影像生成三维模型后绘制的地形图精度较高，可用于绘制1∶500大比例尺地形图。

3结论

本文以韩摆渡镇某村为例，阐述了倾斜摄影测量的技术流程，利用倾斜摄影测量技术完成了三维建模及地形图绘制，通过比较野外实测坐标与地形图采集坐标，得出如下结论：

利用上述方法绘制的地形圖，平面中误差为4cm，高程中误差为11cm，满足大比例尺地形图规范要求;

倾斜摄影测量保留了原有建筑物的空间结构，提高了地籍图成果的精度，与其他传统测图技术相比，成图时间减少50%以上，人员减少70%，降低了测图成本，适用于小区域快速测绘大比例尺地形图;

文中提出的方法具有一定的实用和推广价值，可广泛用于农村房地一体确权和绘制大比例尺地形图等项目。

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