基于无人机倾斜摄影三维模型的大比例尺测图精度方法探讨

王剑 李立 李昱 谢文明

（湖南省地质测绘院，湖南 衡阳 421001）

1 引言

《测绘地理信息事业“十三五”规划》对新时期全国测绘地理信息事业发展作出部署。湖南省地质测绘院积极响应，紧跟测绘技术发展的新要求，研发湘地测倾斜摄影测图系统，通过严密算法，实现了基于无人机倾斜摄影三维模型的大比例尺数字测图。实践证明，该技术能满足1∶500 地形、地籍图的精度要求。然而，对于一些精度要求更高的地籍测绘，这种新型航测成图方式是否能满足要求呢？本文以广东省汕尾市海丰县新村地籍测量为例，根据项目特别要求，将房屋边长测量中误差控制在2 cm 以内，对基于无人机倾斜摄影三维模型的大比例尺测图精度方法进行探讨。

2 地籍精度要求

2.1 界址点精度

根据项目需要，采用倾斜摄影测量、三维激光点云获取界址点（房脚点），界址点相对于邻近控制点的点位误差不超过表1 规定。

表1 界址点精度要求

2.2 边长精度

采用此方法测量的地区，边长精度不超过表2规定。

表2 边长精度要求

3 关键环节精度控制

3.1 地面分辨率

地面分辨率是决定成图精度最重要的因素，倾斜摄影的模型精度和地面分辨率约呈3∶1 的关系，但从三维模型到数字成图由于控制点数据采集、刺点、模型采集等过程中的精度损失，成图后的精度与地面分辨率的比值超过3 倍。

根据公式：地面分辨率=像元大小÷镜头焦距×飞行高度，目前主流倾斜相机采用SONY-ILCE5100，像元大小3.92×10-6m，当选择焦距为35 mm 时，参数如表3 所示。

表3 35 mm焦距参数表

为保证获得最佳的成图精度，尽可能采用地面分辨率较小的航飞高度采集影像。

3.2 像控点

像控点密度和样式决定点位的绝对精度。选择像控点样式时，要削弱视觉差带来的影响，选择对称图形作为像控点符号。像控点布设方案依照航测规范，传统航测六条基线布设一个像控点，但在倾斜摄影测量中，下视镜头和45°的倾斜镜头使得视范围更大。布设像控点时，根据测算，一般10 ～12 条基线布设一个像控点较合适。

3.3 空三质量

空三解算主要是自由平差和约束平差，自由平差需杜绝照片分层，刺点后进行约束平差。根据规范，像控点距数字影像边缘的距离不应小于1 mm，在实际刺点时无法准确估计距离，一般应距离边缘不小于照片最小化后3 个刺点框的距离。根据经验，像控点的点位中误差达到1/2 个像素时，个别控制点模型上获取的坐标值与外业实测的控制点坐标差值可能达到3 cm，这对于大比例尺高精度成图的精度影响较大。

3.4 内业成图

模型上成图与传统测图有一个很大差别。前者能对建模全貌有清晰认识；但后者由于只能按测站分片采集坐标点，内业绘图时往往将多次测站的数据整合在一起，容易使房屋结构表示不准确，造成外业调绘或产品质检时，因模型上测图选取的位置不一致，边长值相差较大。

4 项目实施

在广东省汕尾市海丰县新村，选取一个村组进行实验，实验区域面积约0.135 平方千米。根据甲方特别要求，边长测量中误差应控制在2 cm 以内。

使用六轴多旋翼无人机挂载五拼相机进行航飞，五拼镜头焦距均为35 cm，航飞高度80 m，旁向重叠度75%，航向重叠度80%，地面分辨率约0.89 cm。标靶采用圆形内十字纸质标靶，约120 m 布设一个像控点，共布设8 个像控点（如图1 所示），航拍照片6760 张。 空三计算，8 个像控点刺点精度均在1/3 像素内，如图2 所示。通过裸眼测图软件，在模型上进行立体测图，绘制线划图（如图3、图4 所示）。

图2 空三计算

经外业检查，量测房屋边长193 条，边长精度如表4 所示。

表4 边长精度

经核查，检核差值较大的边长出现的问题主要有： （1）模型拉花。在模型有遮挡、采光不佳及像控精度较差的情况下，易出现模型拉花，这个问题属于不可控因素。目前解决办法：内业采集时做好标识，由外业实地调绘。（2）边长对应错误。测量员量测边长时量测的是房屋对边，导致边长对应不上，精度相差较大。（3）内业采集错误。通过内业自检自纠可减少该错误。（4）内、外业量测位置不统一。因量测前缺乏沟通，遇到特殊房屋产生分歧。（5）遮挡房屋栋数。在房屋密集、树木葱郁的村庄，遮挡房屋不可避免。目前解决办法：内业采集时做好标识，由外业实地调绘。（6）边长统计错误。技术员在量测边长时有拐点位置未区分，而进行整体量测。内业因节点，一条整边按两条边绘制。（7）外业推理出的边长值。理论上大部分房屋规则整齐且房角垂直，墙面之间互相平行。因此，当外业遇到并排房屋的共墙面无法量测时，只能根据其他墙面的边长推算出肉眼无法看到的墙面。

图3 测区三维模型

图4 测区数字线划图

5 总结

精度把控是一项系统工程，通过项目验证，对以上各环节的操作进行严格规范，从外业航飞、像控点布设、空三解算精度、内外业测图等方面层层把关，最终结果可以满足高精度测图要求。