摘要：文中以旋翼无人机倾斜摄影测量系统为基础，建立高分辨率、高精度三维实景模型，并基于此三维模型进行数字化测图生产研究。结果表明：带有真实地理位置坐标的三维实体模型几何精度以及基于此模型生产的DLG几何精度（平面和高程）均满足1：500地形测绘精度需求。
关键词：无人机；倾斜摄影；大比例尺；精度
引言
无人机倾斜摄影技术是通过在无人机飞行平台上搭载传感器，同时从一个垂直和多个倾斜等不同角度采集影像，快速还原真实地物，即一般常用五镜头与两镜头的倾斜摄影系统，结合无人飞行平台搭载的GPS/IMU系统获取的POS数据和实测的像控点数据，通过实景三维建模软件处理获取数字表面模型、数字点云和三维模型的摄影测量技术。现在随着摄影测量技术的发展，只要在多张像片上找到同一地物，就能通过三维建模软件生成三维模型数据、TIN、DSM、DOM等数字测绘产品。随着我国倾斜摄影技术的研究、应用与发展，倾斜摄影测量技术越来越受到航空遥感业界的关注，并成为当前我国低空遥感领域的研究与应用热点。该技术扩大了遥感影像的应用范围，颠覆了传统的正直航空摄影方式，其三维实体模型测绘成果能更加符合人眼的视觉习惯，并在我国数字城市建设、城市管理信息化中得到广泛应用。
一、技术流程
利用无人机倾斜摄影技术进行大比例尺地形测绘的主要内容为倾斜摄影数据的获取、基础像控测量、实景三维模型制作、大比例尺地形图绘制、外业补测与调绘。无人机平台对于倾斜影像数据采集的质量具有重要作用。目前无人机种类繁多，但倾斜摄影测量型无人机对飞行质量要求高，出于安全、作业速度、续航时间、荷载和抗风等方面的考虑，一般选用多旋翼无人机搭载多镜头相机进行作业，但随着技术的发展许多固定翼无人机搭载多镜头或者单镜头进行作业也能达到多旋翼无人机搭载多镜头效果，在作业效率方面还更加高效。因此本文选用了固定翼搭载双镜头为主的作业方式。同样，相机的选取也关系到倾斜相片采集分辨率及地物侧面信息，是后期三维建模精度与纹理效果好坏的关键因素。相机采集的地物信息越全，分辨率越高，后期建模效果越真实，纹理越清晰。因此，无人机平台与相机进行最优组合，可以提高作业效率和模型质量。
二、实验数据
（一）测区概况
实验测区位于江苏省某住宅小区。在东经119°29′至119°30′和北纬32°23至32°24′之间，面积约0.5km2。小区已建设完成，总共有20栋楼，以小高层建筑为主，各种设施已完工。小区内有绿化道路15条，两旁均种植杨树，且树木高度在3米以上。此外，小区内有小型公园一个，由人造湖以及亭子等景观组成。测区处于市区边缘地带，周围没有民航以及军事管制区域，且客户已经沟通协调空域，可以进行实地飞行。
（二）数据的获取
为了采集更加全面的建筑物侧面信息与高分辨率影像，选用了一套固定翼搭载双镜头（单镜头2400万像素）与一套大疆无人机搭载单镜头（2000万像素）的组合系统进行倾斜影像采集作业。固定翼搭载双镜头分为前视镜头与右视镜头，往返飞行作业采集实验区四个方向的倾斜影像数据，设计航高为180m，影像分辨率约为5cm。大疆无人机主要针对房屋密集区进行高分辨率倾斜影像补充采集，影像分辨率约为2cm。共获取地面像片1150张，其中固定翼678张影像，多旋翼型472张影像。像控点布设是保证三维测图数学精度的关键。为了保证三维成果的精度本次实验在测区范围均匀布设了9个平高控制点。
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（三）数据处理
在结束外业航拍后，需要进行内业数据处理。无人机倾斜摄影数据内业处理主要包括数据准备、数据预处理、空中三角测量和生成三维模型、三维测图等几步。数据的准备包括影像数据、POS数据、像控点数据、像控点的点之记等。数据预处理包括检查影像是否有质量问题，是否反差适中，是否清晰、有较丰富的层次，影像地面分辨率是否与成图比例尺相一致。其次检查POS数据处理，POS数据文件记录的是无人机飞行轨迹、拍摄曝光瞬间的位置姿态信息，需要与像片一一对应。本实验使用ContextCapturecenter软件进行空中三角测量与实景三维建模数据处理。
通过空中三角测量，解算像片外方位元素，进而进行实景三维模型构建。软件建模的主要步骤如下：（1）影像导入。新建工程，导入影像数据及对应的POS数据，输入拍摄像片相机的传感器横边尺寸及镜头焦距信息。（2）控制点关联。导入控制点，选择正确的坐标系，通过影像测量编辑器找到控制点的位置，每个控制点至少需要找到2张像片并刺上像控点。（3）空中三角测量。导入数据并设置完参数后，提交空中三角测量任务，通过反复调整参数设置、像控点刺点位置直到每张影像满足三维建模与三维测量精度要求后，进行下一步实景三维建模工作。（4）实景三维模型重建。根据需要成果的区域，设置重建区域，同时根据工程与计算机的情况设置适合的瓦片大小；然后生成三维测图软件支持的格式。实验采用的是清华山维EPS3DSurvey三维测图系统，支持OSGB格式。
（四）利用实景三维模型测图
实验采用的EPS3DSurvey三维测图系统，是基于EPS平台上二三维采集系统，能够利用实景三维模型进行数字化测图，主要步骤如下：（1）数据转换。利用EPS平台将OSGB模型三维数据转换为EPS使用的DSM数据。（2）加载三维DSM数据后，在三维模型上直接绘制地形数据，采集房屋、河流、道路、地貌等地物。其中，房屋绘制主要利用五点画房进行绘制；等高线可以直接用模型生成，也可以先提取高程点，生成三角网后再生成等高线。
三、结语
本项目依托固定翼无人机搭载超轻型倾斜相机，在任务区获取高分辨率影像数据，利用专业建模软件快速建立实景三维模型，并成功进行了基于三维模型的大比例尺地形图数字化测图。其中在房檐改正环节，根据房屋特性，基于三维模型可以实现在内业快速进行房檐改正，替代传统的滴水线法、垂线法、对边等量压缩法等外业方法获取房檐改正值，省去了大量外业工作。结果表明，在小区域采用无人机倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图测绘的方法是可行的，而且精度能够完全满足规范要求，在一定程度上可以提高工作效率，降低劳动强度。但在实际项目生产中仍然存在一定的不足，具体表现为：①地面分辨率2cm时，通过内业采集的DLG中误差为8cm，受三维建模精度损失和人工采集误差影响，当影像分辨率低于2cm时将有可能无法保证1：500地形图精度；②受续航影响，目前无人机倾斜摄影技术只适合于小面积、高分辨率数据获取，无法在大面积区域成批量开展工作。随着无人机技术和摄影测量技术的不断进步，相信在不久的将来无人机倾斜摄影测量能够在地籍测量、不动产登记等测绘领域得到更深、更普遍的应用。
参考文献：
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[4] 康学凯[1，2]，王立阳[1，2].无人机倾斜摄影测量系统在大比例尺地形测绘中的应用研究[J].矿山测量，2017.
论文作者:成霞1,罗凯红2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：无人机论文; 数据论文; 测量论文; 模型论文; 比例尺论文; 影像论文; 实景论文; 《基层建设》2019年第19期论文;