无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形测量中的应用研究

刘海峰

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130000）

1 引言

随着社会经济的进步，大比例尺地形测量要求升级，相比传统的工程测绘，这种大比例尺空间测量技术实施难度高，存在准确率低的棘手问题，并且绘图周期长，测量的成本高。基于此，为改变现状，需积极革新测量技术，应用无人机倾斜测量，确保大比例尺地形图测绘效果良好，为测绘行业的发展保驾护航。

2 无人机倾斜摄影测量综述

无人机倾斜摄影测量原理是：在无人机飞行平台上搭载不同角度的传感器（通常包括1个垂直摄影相机和4个倾斜的射影相机）从多角度、多维度进行高效、快速、可靠的数据采集工作，其采集的多角度地面数据，可以建立数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字线划图（DLG）等数字地理信息产品，使数据的呈现更加直观化、具体化。随着科技的进步，当前的无人机测量技术，还会额外追加无镜头摄影程序，在应用程序中植入IMU系统、定位系统，借助多系统的配合，提高地形测绘的能力[1]。图1为无人机倾斜摄影测量示意图。

图1 无人机倾斜摄影测量

3 无人机倾斜摄影测量的支撑技术

3.1 合理构建三维模型

在利用无人机完成高难度测量区域的测量工作后，需及时处理摄影获取的素材，将相关结果系统导入软件，通过理想化方式创建立体模型，确保地形测量的有效性。通过研究发现，无人机倾斜摄影测量较特殊，不同于其他摄影信息状况形成过程，一般情况下，要先将摄影信息处理，利用系统加工后的信息构建科学的模型。除此之外，对倾斜摄影而言，想要取得一定的成果，还需精准掌握多视影像联合平差。研究发现，多视影像联合平差属于无人机测绘的关键技术，不容忽视。

3.2 密集匹配多视影像

大比例地形图测量中，测量效果的精准实现难度较高，在此过程中需应用无人机倾斜摄影，借此优化测量结果。相比于垂直摄影技术，这种无人机倾斜摄影具有理想的运动效率，同时成像分辨率条件良好，即使地形变动太大，也不会出现影像不清楚等测量技术问题[2]。现实操作中，若操作者仅运用常规技术，会难以获得模型构建同名像点。基于此，为发挥出无人机倾斜摄影的优势，需结合不同测量地貌，制订合理的测量方案。随着科技的进步，无人机倾斜摄影技术革新成果显著，不但能捕捉到高密度的地形数据，还可为后续模型的顺利建立夯实基础。

4 无人机倾斜摄影测量的实现过程

4.1 测量准备工作

为达到理想测量效果，在应用无人机辅助测量之前，需对测量指标进行预先调试，以保障测量数据可靠以及精确。完成上述步骤后，才能进行建模，捕捉动态、清晰的画面。基于此，想要提升测量质量，发挥无人机倾斜摄影测量的优势，需做好以下两点工作：第一，要设法提高管控点测量精准度；第二，结合实际测量需求，增添恰当的数量控制点，保障理想测量成果。现实工作中，如果需对房屋密集区开展倾斜摄影测量，需将控制点落实到位[3]。结合以往经验，每隔150 m需设置基本的控制点，如果房屋相对稀疏，要每隔300 m设置控制点，借助这样的方式，为后续的测量提供保障。图2为无人机倾斜摄影测量的实现流程图。

图2 无人机倾斜摄影测量的实现过程

4.2 处理摄影影像

摄影影像是重要资源，想要完成后续的建模，就要对影像资料进行处理。研究发现，无人机倾斜摄影阶段，常会匹配一些传感器镜头，在镜头的相互作用下，完成成像过程。目前，五镜头应用较多，在其使用阶段，可完成多个区域的测量，同时进行5个角度摄影，通过这样的方式，确保成像最终质量。经实践表明，在实际摄影测量阶段，为强化地形测量效果，镜头需相互配合使用，确保画面的清晰。基于不同的光照情况，积极调整摄影测量方式，对目标地图像采集，借助合理的方式，选择适当的曝光点，达成多维度摄影目标。通常情况下，在运用多视角摄影后，需先完成图像处理，这是基础性保障，不容忽视。要结合图像处理结果，完成高规格的虚拟影像构建。实践环节中，为达到倾斜摄影测量的理想效果，需在视野范畴内选择影像资料，之后加工影像。在加工过程中，最重要的一步是将凸起重影剪切。除了上述操作外，在预处理数据时，需要明确影像的健全度等参数，与此同时查看清楚度、范围等，完成特殊数据的编辑。数据应用处理中，要尽可能规避掉光线因素，确保模型的清晰度，这样才能提高模型构建的精准性。

4.3 实施加密处理

结合以往经验可知，应用无人机实施倾斜摄影测量任务阶段，为保证质量，会应用到空三加密系统，这是一种智能化的系统。空三加密系统的应用，可分为以下几类：首先，将位置信息（测量区域的）和地面控制信息共同汇总，确保工作效率和质量。其次，系统应用阶段，会智能剖析录入信息，借助核心的智能模块，智能化地把倾斜摄影阶段生成的主要连接点分配，为后续工作提供方便。最后，将连接点的权限合理化明确，在技术保障下进行检查与核对。在整个实践过程中，完成偏差的连接点排除，在合理保障下，达到平差效果的最优化，借助最佳的途径，提高测量的精准度。

4.4 建立摄影三维模型

完成上述工作后，便可实施模型的建立，在建立立体模型时，需综合考量多项因素，确保较高的建模质量。首先，注意无人机飞行状态，把无人机拍录的图像完整汇总，同时处理测量的相关数据，将处理后的重要信息传输到自动建模软件。至此，便可依托先进技术自动对数据进行建模。需要强调的是在测量建模过程中，相关操作者需完成多种影像校对，同时做好平差处理，利用好三角网工作高质量完成对图像中的特点处理，合理强化多视角影像的处理能力，提高其可视化水平，借此成功搭建三维模型，为大比例尺地形测量夯实基础。

4.5 测绘大比例尺地形图

以某1∶1 000地形图测绘项目为例，进行航空摄影、数据处理、空三处理、三维建模后，利用生成的DOM、DSM等数据进行地形图生产。基于清华三维EPS平台三维测图模块，加载ODGB倾斜模型和正射影像DOM，采用二维三维一体化测图模式采集高程点数据。基于南方CASS平台，加载正射影像图，进行地物采集，然后导入高程数据，绘制等高线，完成地形图的绘制。

地形图绘制完成后，野外实测平面地物检查点75个，高程检查点274个。将仪器实测成果与正射模型采集成果以及倾斜模型采集成果进行比较，结果见表1精度统计表。

表1 精度统计表

地形图比例尺为1∶1 000，等高距1 m，对应的规范要求如下。

平面精度要求：一般地区地物点中误差小于±0.8 m。

高程精度要求：一般地区丘陵地高程中误差小于±0.5 m（H/2，H为基本等高距）。

由表1中统计结果可知，正射模型和倾斜模型采集数据的平面精度和高程精度满足大比例尺测图规范要求，同时倾斜模型精度要比正射模型精度高。

5 倾斜摄影技术的注意事项

在现实应用中，倾斜摄影技术的注意事项多，可以概括为以下几点：

首先，是大比例尺地形图测量实施阶段，需综合考虑多项因素，特别是要设法规避掉建筑物自遮挡问题，确保测量数据的准确性。结合现实经验可知，在桥梁的路线地形图校准时，会经常遇到植物遮挡的情况，为了不影响测量数值，需借助多维度摄影技术，同时匹配反复飞行摄录方法，合理减少植物遮挡现象发生，为后续测量提供保障。

其次，是无人机倾斜摄影技术在国内还不成熟，技术需要进一步研发，在光线不充足的情况下效率会下降，测量作业受到限制较多。基于此，大比例地形图测量阶段，需尽可能选择白天或光线较好的自然条件完成倾斜摄影，确保倾斜摄影测量的成果。

最后，是无人机在飞行阶段，因为受力不均，所以飞机机身摇摆不定，会产生过度的抖动问题。一旦出现此种情况，会诱发像素位置移动，从而导致图像不清晰。基于此，测量大比例尺地形图应用到无人机倾斜测量时，需设定好无人机的像素，科学处理图像不清晰问题，提高无人机航拍测量的优越性。另外，在摄录区域图像时，要注重对建筑物信息的采集，尤其是建筑物侧面信息。人员驾驶无人机时，需严格按照技术流程，规避掉操作不当的问题，提高测量的专业性。在操作前，需对人员开展培训，确保其无人机操作技艺纯熟。工作实践中，只有掌握正确方法，才能发挥无人机倾斜摄影测量最大化优势，确保地形测绘的顺利实施。

6 结语

综上所述，在社会经济牵引下，大比例尺地形测量活动增多，技术标准越来越高。为了在短时间完成大比例尺地形测量，同时保障测量数据精确，可在原有测量技术模块中，增加无人机倾斜摄影，借助该技术，提高大比例尺地形测量的有效性。目前，城市地形测量行业正向着数字化迈进，无人机倾斜摄影技术融合其中，可推动传统测量技术升级。这种倾斜摄影测量精度高，与此同时应用范围广，适用性强，具有良好的应用优势。在今后的应用中，需持续优化无人机倾斜摄影技术，加大该技术研究力度，将其全面应用到大比例尺地形图测量中，借此推进测量行业的健康发展，为后续工作夯实基础。