无人机倾斜摄影测绘技术在大比例尺地形图中的应用分析

蒋冬柏

【摘要】在科技进步的背景之下，无人机倾斜摄影测绘技术在大比例尺地形图中的应用越来越普遍，应用效果也越来越受到行业内的关注。本文将具体介绍无人机倾斜摄影测绘技术在大比例尺地形图中的应用优势及方法，从而为进一步提高三维环境下的数据分析准确性打下基础，进而使其能够为实际生产提供更加精确的参考，促进测绘行业的整体发展。

【关键词】无人机倾斜摄影技术;大比例尺地形图;应用分析           【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.081

本文主要对广西柳州某区域进行了大比例尺地形图绘测，并对此过程中所运用的无人机倾斜摄影技术加以应用分析。在本次测绘工作中，采用大疆系列四旋翼无人机，无人机所搭载的是索尼系列微单相机，每架两台，并将其倾斜安装，角度为45°（与垂直线所形成的夹角）。本次航线设计的具体数据如下：高度100m，航向重叠度80%，旁向重叠度75%，共有20条航线，获取640张有效图像。此外，也必须布置多个像控点，并保证其平面误差在0.32m-0.33m的范围之间。

1、无人机倾斜摄影测绘技术在大比例尺地形图中的应用优势

1.1技术优势

与传统技术相比，无人机倾斜摄影技术具有两方面的技术优势，具体如下：第一，多视影像联合平差技术。其是无人机倾斜摄影技术的核心。其将摄影分为两大类，分别为：倾斜摄影摄像和垂直摄影摄像。直接定向倾斜摄影、无约束的区域网平差、有约束的区域网平差。第二，多视摄影的密集匹配。该技术能够有效解决由于地形因素、分辨率等原因，造成的影像模糊，甚至干扰问题。也弥补了无人机倾斜摄影技术的一大技术漏洞，从而优化密集匹配效果，进而提高三维建模的精确度。

1.2应用优势

第一，变革了传统摄影方式，以无人机的微小体型，高效率地完成图像资料的收集工作。第二，由于具有DOM、DLG、TDOM等多元模式数据结果，因此，影像数据的储存和传输过程中的表达方式十分多样。第三，以倾斜的角度，丰富了传统垂直角度，从而提供更加详尽起伏态势、高度差、坐标位置等信息。

2、无人机倾斜摄影测绘技术在大比例尺地形图中的应用实例

本次实验选择面积约6平方公里的广西柳州市某区域，采用固定无人机，航空拍摄的飞行平台则选择具有高精确度的测绘无人机。并且，要保证影像要具有多个倾斜和垂直的角度，能够高效对地理位置进行确定。除此之外，要尽可能调高航拍分辨率，并以此为基础制定三维大比例的绘测方案。最后，还要做好检查工作，要对地形图的比例尺的数值及其平面和高程加以核验，确保其合理性和数据的精确性。

本次试验所实现的实景三维，是一种具有可视化、形象化的图像，能够以三维立体的形式，展现地理环境的实景。在实际运用过程中，其具有高精确度、可测量性和高效率的优势。实景三维的获得是受无人机倾斜摄影技术的支撑，而本次试验所研究的，就是在这种条件之下进行大比例尺地形图测绘可以发现是否具有可行性及其效率如何的问题。

3、倾斜摄影技术流程

首先，要进行数据收集。联合区域内市县级自然资源相关部门，运用信息化手段，進行文献搜索和实地信息搜集，并据此制定具体设计方案，并对高程参数、地理坐标体系等进行核实，对无人机的机型、分辨率、影像格式加以选择和调节。第二，确定测绘方案。在测绘范围设置布控点，并通过无人机局部垂直、倾斜摄影结果，判断精度影响，并据此对方案加以修改。第三，实地测绘和信息输入。将每60min作为一个绘测单位，在对变量加以控制的基础上，进行信息采集。接着通过三维实景建模、CAD等软件实现数据导入。第四，三维成像。将计算机导入数据转化为点，进而成图，并加以输入渲染。三维成像如产生巨大误差，则要再次测绘。第五，成果审核。质检部门应对图像的测量精度、属性精度、整体质量加以检验。

4、基于无人机倾斜摄影仪技术测绘地形图的三角测量方法

其中其所搜集的影像又可分为正片和斜片，正片是指通过垂直角度拍摄获得的影像，而斜片是指通过倾斜角度拍摄获得的影像。在实际应用中，其已经成为了许多工程首要考虑的方法之一。为满足无人机倾斜摄影技术绘制地形图过程中，所使用的三角测量法的要求，使用了区域五点布设法，具体来说就是，先设置一个位于中心区域的中心点，再以其为核心，于周边设置四个点。而航摄结束后的数据处理，则主要过空三加密法来进行，在精度的要求上，图像模型一般要达到1.82pix，并且，像控点的平度平面误差要介于0.032m～0. 033m之间。除此之外，也要检测并控制周边四个监测点的精度，使其符合相关要求。只有这样，才能最终实现试验整体精度的提高。

为使测绘结果更加精确，就必须考虑到进行摄影预约实际地理环境之间存在的误差，影像变形和遮挡问题。在此次试验中，一般采用多视影像联合平差的摄像方法。而为能使本次实验所提供的影像具有多元性，增加影像的方位元素，研究人员选择对Smart3DCapture软件与 POS系统的联合运用。此外，金字塔策略的运用也是本次实验的一大特色，其基本逻辑就是由粗到精，同时能够自动地对各级影像的同名点加以迅速匹配，从而大大提高匹配效率及准确度。在构建误差方程方面，其是通过对坐标控制点及连接点平差的计算与分析而得出的，对平差方程进行联合计算，则可以得出有关平差结果精度的结论，从而为后续工作提供更多的数据保障。摄影的精确度是必须得以保证的，其将决定后续一切工作的质量。因此，如果航拍影像中存在误差，像素超过0.55个，为了避免后续一系列数据问题的产生，行摄组必须进行重飞、重拍。

5、无人机倾斜摄影测绘技术在大比例尺地形图中的应用

5.1应用流程

在进行大比例尺地形图的绘制过程中，首先要将实景三维模型导入至EPS清华山维软件中，并据此对各要素进行严密分析。如此一来，更加密切的影像关系，就通过一个涵盖多个视角的三维模型中形成了。而通过这种方法所构建出的影像关系，较之传统技术，具有更强的精确性、严格性，并且能够有效地使影像视角更加多元，在重建的过程中，对原有缺陷还可以做进一步补足，当然，在分辨率的提升和防止遮挡问题上，也具有一定作用。接着，要注意在数字化成图工作中，运用EPS清华山维软件，而对于测绘人员来说，可以不必佩戴立体眼镜，从而使得相关人员在工作中的反应度更加灵敏，也能大大提高其对多种因素的兼顾性和控制力，同时，图形管理方案的智能化，也将最终促进工作效率和质量的提高。并且，由于这种图形管理模式拥有更加全面的功能，使得图形编辑各种要求的实现成为可能，甚至其实际应用效果可以与CAD，这种优质的图形编辑系统相媲美，在试验中，具有使结果更具可信性的作用。成果直接对接不动产、常规测绘、管网测量、智慧城市等专业应用解决方案。

5.2精度控制与测试

本次试验所选择的地点，平原面积占据最大比例，为航拍的全面作业提供了平台。在大比例尺地形图中（1：1000），各项数据的精度分别为：等高距1米，高程注记0.1米，平面误差小于0.3米，高程误差小于0.4米。在数据精度方面，精确度和试验结果的准确性呈正向相关关系，也与最终工作进度呈正相關关系，因此，必须通过各种手段提高数据精确性。为了适应本次试验选地的面积，在进行散点采集时，可以设置至少290个均匀分布的散点，并且在散点的选择上，要满足投影差较小或不存在投影的区域。最终，在本次测试中的，室外散点的平面误差为0.22米，高程误差为0.31米，是符合相关要求的。

5.3注意事项

第一，在面对一些非平原地区时，建筑遮挡以及自遮挡问题十分常见。为避免由于遮挡问题造成的结果不准，在对一些地形复杂的区域进行拍摄时，就必须通过对无人机的操控，实行多角度、多方位甚至多次的拍摄，从而更加精准地反映地貌。第二，即使当前我国无人机技术已经发展到较高水平，本次试验运用的大疆无人机也十分成熟，然而，光线和天气环境仍会对其飞行状态。因此，工作人员必须充分考虑这些因素，选择合适的时机，于风力小、进行拍摄。第三，大风天气对于无人机摄像工作具有很大的干扰。为了解决较大风力造成的摄影抖动问题，工作人员可以在进行无人机倾斜摄影测量工作时，将像素调至1/4像素以下，从而尽可能提高图像的清晰度。

结语：

无人机倾斜摄影测绘技术是在无人机和倾斜摄影两大技术的支撑下，发展起来的新型技术，其在一台飞行平台的基础上，能够搭载多台传感器，从而搜集到来自不同角度的影像内容，因而其所获得的有关地面的相关信息也更为完善。因此，相关工作者与研究人员必须在实践中探索应用价值和创新可能，从而促进测绘行业的整体发展。

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