基于无人机倾斜摄影的1:500地图制图研究

黄文新

摘 要：傳统的地形图绘制工作存在耗时长、现势性低、效率低、成本高等问题亟待解决。三维模型基于EPS平台绘制大比例尺地形图，可有效地改善地形图绘制工作存在的困难，为地形图绘制工作提供新技术、新方法。该文结合在南宁某测区的大比例尺地图制图项目为背景，研究了基于无人机倾斜摄影的大比例尺地图制图，研究结果表明，三维模型纹理清晰、结构较为完整、真实性强；模型空三解算后的控制点和检查点的平面、高程精度均可以满足1：500比例尺的精度要求；基于EPS平台绘制的大比例尺地形图精度满足1：500地形图成图精度要求，即利用三维模型基于EPS平台绘制大比例尺地形图是一种省时、成本低、效率高、精度有保障的新方法。

关键词：无人机倾斜摄影 大比例尺  地图制图  精度分析

中图分类号：P231        文献标识码：A

Research on 1：500 Cartography Based on UAV Tilt Photography

HUANG Wenxin

（Guangxi Zhenkai Technology Co.， Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530200 China）

Abstract： The problems of long time， low current situation， low efficiency and high cost in the traditional cartography need to be solved urgently. Using 3D models to draw large-scale topographic maps based on the EPS platform can effectively improve the difficulties in cartography and provide new technologies and methods for cartography. Based on the large-scale ;cartography project in a survey area in Nanning， this paper studies large-scale cartography based on UAV tilt photography. Results show that the 3D model has clear texture， relatively complete structure and strong authenticity， the plane and elevation accuracy of control points and inspection points of the model after aerotriangulation solution can meet the accuracy requirements of 1：500 scale， and that the accuracy of the large-scale topographic map drawn based on the EPS platform meets the mapping accuracy requirements of the 1：500 topographic map， that is， using 3D models to draw large-scale topographic maps based on the EPS platform is a new method with time-saving， low cost， high efficiency and guaranteed precision.

Key Words： UAV tilt photography; Large scale; Cartography; Accuracy analysis

倾斜摄影测量技术是近年来测绘行业发展的一门新的测量技术，该技术通过多角度采集地面影像数据，进行数据处理生成区域实景三维模型成果，解决了传统航空摄影测量技术只能获取正射影像成果，而不能获取完整的地形地物地貌等信息[1]。利用无人机飞行平台搭载五镜头相机可以从垂直、前视、后视、左视、右视五个角度获取完整且精确的地面信息，根据获取的高精度地面影像数据生成实景三维模型，向用户展示一个切合实际的直观世界。通过该技术建立的实景三维模型精度高，模型细节表达好，建模速度快，在一定程度上减小了三维模型的生产成本。因此，倾斜摄影三维建模技术在数字城市、矿区地表移动变形监测以及古建筑修复中得以广泛应用[2]。

该文提出使用无人机倾斜摄影技术进行大比例尺地形图生产工作，全面的介绍了该技术的系统组成、工作原理及三维建模系统的关键技术组成。结合工程实例，采用中海达iFly-V5飞行系统进行倾斜摄影数据采集，通过Context Capture软件平台生产测区实景三维模型，研究了两种不同飞行系统进行倾斜摄影三维建模时的精度问题，然后基于EPS行大比例尺地形图绘制工作，最后对地形图成图进行质量评价，并构建倾斜摄影大比例尺地形图测绘质量评价体系。数字化城市发展进程越来越快，数字线划图的生产能够为各行各业提供基础数据保障，所以本文的研究，能够为目前无人机倾斜摄影技术应用于大比例尺地形图绘制工作提供一定参考价值。

1 项目概述

此项目位于南宁市郊区，测区总面积约为1.5km2。测区北部是菜地园地等农用地为主，测区南部是集中连片的村屋为主（如图1所示）。项目采用使用中海达iFly-V5无人机飞行平台搭载索尼α5100五镜头集成相机进行拍摄，其中正射镜头焦距为25mm，四个旁向镜头焦距为35mm[3]。以固定翼飞行器为基础，在起降及低速状态下配合四旋翼飞行，克服重力及气动阻力进行飞行，以简单可靠的方式解决了固定翼无人机垂直起降、起降点环境限制等难题 [4]。

2 项目实施

2.1 技术路线

结合测区北部和南部的特点，提出了利用纵横中海达iFly-V5无人机进行无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的作业方案，技术路线如图2所示。

测区面积1.5km2，实际飞行面积2.8km2，共计飞行2架次，航飞高度250m，航向及旁向重叠率80%，布设像控点共24个，地面分辨率为3.5cm。此次航飛所得数据计划使用EPS2016三维测图软件按照航测标准生产1∶500地形图。

2.2 测区成果

此项目采用Bentley公司的Context Capture全自动三维建模系统进行构建真三维模型，与其他建模软件一样，该建模系统也是基于图形运算单元GPU可以实现快速建立三维场景的运算软件[5]。Context Capture软件的建模原理是将航测系统从几个不同角度获取的一组或者几组静态目标物的影像数据作为输入数据源，然后在系统内设置各种可选择的辅助数据，例如：摄像头的属性、照片的地理位置、控制点等，再利用该全自动三维建模软件进行解析处理，最终输出实用性强、纹理清晰且效果真实的真三维模型。

将获取的影像数据导入软件，设置相机参数。在相应的图像中标记控制点及检查点，经过特征点提取、空中三角测量、点云加密处理，再根据点云构建不规则三角网，建立三维模型，同步将多角度获取的纹理信息与之贴合，最终得到测区实景三维模型，如图3所示。

基于测区所获的实景三维模型，利用EPS2016三维测图软件平台三维测图模块通过双屏模式同时加载实景三维模型数据和正射影像数据，二三维联动一体化进行地形图测绘，内业成图后，进行必要的外业调绘[6]。主要步骤分为五步，如图4所示。

其中，地形图勾绘结果如图5示。

在属性赋值时，需注意的是农村梯屋普遍存在，因部分梯屋造型复杂会引起插件计算面积错误，需要根据针对复杂梯屋单独计算的方式处理建筑面积，图6中建筑物结构（A、B、C、D）可通过构建的实景三维模型进行判定，再依靠外业巡图确定。

3 精度分析

3.1 精度要求

本测区从点位、边长、高程和建筑物面积4个方面进行成果精度分析。其中点位、边长、建筑物面积精度对比是将基于无人机倾斜摄影技术获取的房屋角点与实地野外测量得到的房屋角点坐标进行对比。1：500地形图精度要求：地物点位中误差±15cm；临近地物点间距中误差±10cm，高程中误差不得大于±15cm。

3.2 点位精度分析

选取地形图中房屋角点和外业实测（检测）的同名点进行分析，最大点位误差为0.169m，最小点位误差为0.007m，所有检核点的点位中误差为0.061m，可满足1：500地形图精度要求。

3.3 边长精度分析

选取地形图中房屋边和外业实测（检测）边进行分析，最大边长误差为0.11m，最小边长误差为0.00m，所有检核边的边长中误差为0.052m，可满足1∶500地形图精度要求。

3.4 高程精度分析

选取地形图中高程点和外业RTK实测（检测）的同名点进行分析，如表1所示。最大高程误差为0.147m，最小高程误差为0.007m，所有检核点的高程中误差为0.043m，可满足1∶500地形图精度要求。

3.5 面积精度分析

选取地形图中房屋面和外业实测、经内业计算而得的对应屋面进行分析。最小面积误差为0.06m2，最大面积误差为14.91m2，所有检核房屋面的面积相对误差的中误差为1.71%，可满足城市更新基础数据误差比例小于或等于5%的精度要求。

4 结语

该文以南宁市某村为例，提出了将无人机倾斜摄影技术应用于大比例尺地形图中，证明了无人机倾斜摄影技术可满足1∶500地形图测图要求，并且能够很好地辅助内业人员绘图工作，提高内业工作效率。

参考文献

[1]芦彦霖，张森，汲姣.低空无人机倾斜摄影测量测图精度实证[J].吉林大学学报（地球科学版），2021，51（6）：1921-1931.

[2]冷长才，黄石明，沈俊成.基于无人机倾斜摄影测量技术的大比例尺地形图测图研究[J].江西测绘，2021（3）：26-29.

[3]邢晓平.无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测图中的精度分析及应用研究[D].济南：山东科技大学，2020.

[4]顾海锋.基于无人机倾斜摄影的化工园三维精细建模[D].南京：南京信息工程大学，2021.

[5]曾凡建.无人机倾斜摄影在农村房地一体权籍调查中的应用[J].测绘与空间地理信息，2022，45（5）：184-187.

[6]任旭斌，康建锋，于东海.无人机倾斜摄影测量在房屋建筑面积测算中的应用[J].测绘通报，2022（3）：116-120，126.