仿地飞行和倾斜摄影测量技术在山区大比例尺地形图测绘中的应用探讨

谭国普

（四川省地调院调查规划研究中心，四川 成都 610031）

大比例尺地形图作为航摄4D 产品之一，有着非常广泛地用途。传统的采用固定绝对航高飞行技术获取的航摄影像，在生产大比例尺地形图时，存在着一个明显的问题。在平坦地区，生产的大比例尺地形图基本一致，成果可以满足相关规范要求。在生产山区大比例尺地形图时，在测区高处，容易出现空三解算失败问题，在测区低处，容易出现地形图成果精度超限问题[1-2]。这种问题需要重新规划航线进行补拍，然后在进行地形图的生产，或者直接出外业现场进行补充测量[3-4]。采用无人机航空摄影方式生产地形图，其目的就是降低作业成本，提高作业效率和成果质量，因此需要对这种问题进行处理，从而快速高效低成本的得到符合要求的山区大比例尺地形图成果。基于此，本文在深入分析了固定绝对航高存在的问题的基础上，提出采用仿地飞行技术来解决航摄高度固定引起的影像分辨率不一致、重叠度太低和成果精度超限的问题，采用倾斜摄影方式，来解决获取的影像信息不丰富的问题。本文以四川某一区域地形图生产项目为例，将倾斜摄影和仿地飞行技术相结合，用于实际生产中，对本文提出的方案进行验证。通过对地形图成果精度检测可知，采用本方案生产的山区地形图，其精度可以满足山区1∶500 地形图测绘要求，而且精度均匀，可以为山区大比例尺地形图的生产带来借鉴。

1 无人机仿地飞行技术

无人机仿地飞行技术是指无人机在飞行的过程中，其距离地面的高度始终是不变的，是随着地形的起伏变化而变化的（见图1）。在飞行的过程中，无人机结合已有的数字表面模型（Digital Surface Model，DSM） 数据来不断调整飞行的高度，从而保证距离被摄物体的高度是一致的。在航空摄影测量中，相机焦距、像元大小、航摄高度和地面分辨率存在以下关系：

图1 仿地飞行示意图

式中：H为飞机距离被摄物体的高度；f为相机焦距；GSD 为获取的影像地面分辨率；a为像元大小。当相机选定后，H和GSD 成正比，航摄高度越高，获取的影像分辨率数值越大，分辨率越低。而在数据生产时可知，影像分辨率越高，数据解算精度越高，因此在无人机航空摄影测量中，需要对航摄高度进行控制，从而保证采集的影像分辨率基本一致，数据解算精度相同。

2 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量是指在飞行平台上搭载多台数码相机，从空中对地面进行影像数据的采集，然后利用专业的数据解算软件，对航摄影像数据进行解算，从而生产出具有一定测绘精度的测绘产品[5]。相对于传统垂直摄影测量来说，倾斜摄影搭载的数码相机更多，可以从不同角度获取被摄物体丰富的信息，从而使产品具有更加广泛的用途。就目前倾斜摄影技术来说，其搭载的多镜头通常为5 镜头，即1 个下视相机和4 个侧视相机的组合，下视相机垂直被摄物体，获取被摄物体的顶部信息，侧视相机则拍摄地面物体的侧面纹理信息。虽然这种方式获取的影像数据量大，冗余度高，不利于数据解算，但是丰富的影像信息，使得数据解算精度更高，因此倾斜摄影技术目前被广泛使用。

3 作业流程

仿地飞行和倾斜摄影技术相结合用于山区大比例尺地形图测绘，主要作业流程见图2。

图2 作业流程图

4 案例分析

本次试验区位于四川某一地区，测区内高差约500 m，已有测区内2022 年7 月份航摄影像，现实性强，并且搭载的差分设备，精度较高。测区内已有树木，在近一年内高度变化在50 cm 内，测区内没有施工盖楼，其DSM 数据变化不大。对于仿地飞行来说，可充分利用已有航摄成果得到高精度DSM 成果，然后基于该成果完成无人机仿地飞行航线的规划，并搭载倾斜设备完成本次倾斜影像数据的采集，从而生产山区大比例尺地形图。

4.1 高精度DSM 数据生产

基于已有航摄影像，选用PIX4D 软件，将POS数据和影像数据加载到软件中，设置成果输出坐标系统，完成经纬度POS 到投影坐标的自动转换，设置DSM 格网间距为2 m，正射影像分辨率为1 m，选择输出格式为tif，其余参数默认，点击开始，完成高精度DSM 数据的生产。

4.2 像控点布设与采集

将任务区范围线与1 m 影像套合，并结合DSM数据，按照500 m 的间隔均匀布设像控点，在测区拐角区域，加密布设像控点，确保测区边缘精度符合要求。1 m 影像用于像控点采集路线规划，从而提升像控点的采集效率，避免像控点漏测。为了提升像控点的转刺精度，本次像控点采用“L”形靶标，将其喷涂在地面上，然后采集其内角。在采集点位坐标时，需待仪器呈“固定解”状态，并且每个点位采集3 次，每次平滑不低于15 次，3 次坐标值较差，其平面和高程均要求在1 cm 内，从而避免偶然误差带来的影响。本次在房角、道路交叉口等特征点上随机均匀采集30 个检测点，用来对地形图成果精度进行检测。

4.3 仿地航线规划与影像数据采集

本次航线规划选用Wap Point Master 软件，将任务区范围线外扩300 m，设置地面影像采样分辨率为3.5 cm，选用下视焦距为35 mm 的5 拼相机，具体设置参数见图3。自动生成规划航线，然后完成影像数据的采集。

图3 精细仿地航线设计

4.4 空三解算与模型生产

空三解算选用Context Capture 软件，将航摄倾斜影像成果和POS 数据导入软件中，手动填写每个镜头对应的焦距，快速检查影像质量，确保输入影像无损坏。设置引擎路径，提交空三任务，开启引擎，完成空三数据的解算。解算完成后，导入像控点并进行点位转刺，然后提交平差任务，完成加密点坐标系的转换，得到像控点对应坐标系下的空三成果。基于该空三，设置模型输出格式为OSGB，生产出实景三维模型。

4.5 地形图测绘

本次基于实景三维模型生产地形图，选用EPS软件完成地形图的采集。首先加载OSGB 和xml 文件，生成三维模型索引文件DSM，在DSM 上采集地形图。采集规则四边形房屋时，用“五点房”命令，并通过模型查看房屋层数等，完成房屋属性的录入。在采集高程点时，在植被茂密区域，通过人工打点的方式采集高程点，在裸露区域，通过软件自动提取高程点。在采集等高线时，对于植被茂密区域，通过“淹没”方式绘制等高线，或者基于高程点生成等高线。在采集其他地物时，选择对应的命令，完成地形图的采集。采集完成后，导出dwg格式的地形图成果。

4.6 精度评定

将检测点和地形图加载到EPS 软件中，对地形图精度进行检测，部分检测数据见表1。

表1 地形图精度检测统计表

选用同精度中误差计算公式，对本次地形图成果精度进行检测，得到平面位置中误差为±21.3 cm，高程中误差为±23.5 cm。参照现有地形图规范，本方案得到的地形图成果，可以满足山区1∶500 地形图精度要求。

5 结束语

本文以实际生产项目为例，探讨了仿地飞行和倾斜摄影测量技术相结合在山区大比例尺地形图生产中的作业流程，并对生产得到的地形图精度进行了检测。通过对检测结果分析可知，采用本方案生产的山区大比例尺地形图，其精度均匀，可以满足山区1∶500 地形图精度要求，可以为山区大比例尺地形图的测绘带来借鉴。