荣全文
深圳市武测空间信息有限公司
摘要：当前，随着飞行平台搭载的各种新型传感器的不断发展，无人机倾斜摄影技术以其机动、灵活、经济、便捷等显著特点，在应急数据获取及快速成图方面显示出了独特的优势，得到了遥感和摄影测量等领域的广泛应用。目前，大比例尺地形图主要采用全站仪及GPSRTK测量，在地形复杂地区，传统方式作业周期长、效率低且成本高。而无人机低空倾斜摄影具备慢速、低空及小型的优势，可以有效弥补传统航测与地面传统测量的不足。
关键词：倾斜摄影;三维实景构建;大比例尺;测图
引言
传统测图一般采用外业实测和航测采集，存在人工成本高、效率低等问题。本文通过引入倾斜摄影技术，基于DP－Smart和DP－Modeler软件建立精确的三维模型，结合多视倾斜影像，构建多视角的三维矢量采集环境，形成严格成像关系下的精密测图。以山西太原某实验区为例，进行1∶500大比例尺地形图测图，并对精度进行了验证。结果表明，测图平面X方向中误差为0．031m，Y方向测图中误差为0．035m，小于平原地区1∶500大比例尺测图规范要求的0．25m;高程中误差为0．046m，小于规范中要求的0．2m。综上，成果满足1∶500地形图测图要求，该方法能够提高测图作业的效能。
1概述
大比例尺地形图生产对测图的精度要求高，小区域一般采用外业实测方法成图，大范围区域采用佩戴立体眼镜进行航测采集，这些传统测图方法存在人工成本高、效率低等问题。倾斜摄影技术是近些年发展起来的一项高新技术，它通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、侧视和前后视等不同角度采集影像。该技术所具备的高效率、高精度、高真实感、低成本优势，使其逐步替代传统人工建模的三维模型获取方式。倾斜摄影技术构建的三维模型因其每一点都具有准确的三维地理坐标，可供用户按需测量和计算，从而提供测图级精度的三维数据，拓宽了其应用范围。本文针对传统测图人工成本高、效率低等问题，引入倾斜摄影技术，构建多视角三维矢量采集环境，形成严格成像关系下的精密采集，弥补了单一数据源的视角窄、分辨率低、遮挡等弊端，集成化的建模环境大幅提升了作业精度和效能。
2无人机倾斜摄影系统
2.1飞行荷载平台及控制模块
采用六旋翼无人机作为飞行荷载平台，其具有成本低、飞行姿态平稳、速度可控等优点，主要作用是承载倾斜摄影系统，在特定区域上空按设计的高度与规划的航向飞行。飞行控制模块包括监测飞行、姿态控制、遥控及定位装置等部分组成，其主要用于管理无人机搭载的相关设备，实现飞行姿态的控制，并能将飞行数据有效的传输至操控人员。
2.2数据采集模块
是指采用多相机多镜头，对地面进行多角度、多重叠度的拍照，获取地面影像的倾斜摄影系统。本项目中所采用的是一套双相机系统。双相机左右对置安装，三相位摆动，按航线方向飞行一次获取六个方向的倾斜影像。整套系统能提供独立于平台的定位系统，可记录与相机同步的定位信号采集，用于后续数据处理的位置参数。
2.3地面控制与数据处理模块
地面控制模块可以在飞行前用来进行航线规划及设置飞行参数，飞行时用来实时了解飞行参数并帮助控制飞行以及在数据处理阶段统计导航记录数据和检查飞行状况等操作。数据处理模块主要是包含三维建模在内的数据处理。三维建模是影像数据的处理过程，通过使用倾斜影像三维建模软件，通过对具有一定重叠区域的影像进行自动特征匹配、空三解算、三维重建、纹理映射等处理，得到目标区域的精细三维模型。
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3三维实景模型构建
本研究采用DP－Smart和DP－Modeler软件进行三维自动化建模和模型的修饰，具体步骤如下:1)空中三角测量。在DP－Smart中导入倾斜影像、POS数据，经过提取特征点、相对定向、匹配连接点、区域网平差等步骤的运算处理，得到摄区空中三角测量成果。2)密集点云生成。根据空中三角测量结果，在DP－Smart中高效提取影像特征点，生成高密度点云数据。3)TIN网构建。经过高效提取影像特征点，生成高密度点云，为提高数据处理精度，可考虑把摄区分割成n个区快，对每个区块进行精细构建TIN网模型。4)自动纹理映射。对TIN网模型自动纹理映射，生成大场景三维粗视模型。5)模型精修。自动化生成的三维模型会存在部分区域粗糙变形的情况，需要对单体建筑进行重建和修饰。在DP－Modeler三维建模视图的环境下，通过创建、挤出、内偏移、切割、吸附等操作完成对单体建筑的精细化还原。6)贴图修饰。DP－Modeler自动纹理映射后，对不合理的贴图部分进行替换和修饰。
4开展测图
传统的测图方法野外工作量大，同时需要烦琐的内业处理，难以满足测绘行业的发展需求。目前来说，倾斜摄影主要用于替代传统的地形图数据采集。DP－Modeler软件是基于倾斜数据直接对房屋矢量、点状地物进行测量，无须佩戴立体眼镜就可在真三维环境中完成高精度地形采集、屋檐改正、部件测量、建筑立面图细部测量。以屋檐改正为例，在三维自由视图环境下，选取合适的倾斜影像即可准确标出房屋主体的位置，弥补了外业采集时受环境影响的不足;交通、水系、居民地及设施、管线、地貌等点状和线状要素均可在真三维环境中完成测量。同时在测图的过程中给地物赋予CASS编码，成果直接输出到CASS成图。在DP－Modeler中具体的测图方法有以下两种:1)基于精修后的三维实景模型测图方法。经过精修后的三维场景，模型上每一点都具有准确的三维地理坐标，可以直接在三维环境下进行地形图全要素的采集，以房屋主体的采集为例。在真三维环境下，分别在房屋主体的4个角点位置创建点，采集的各点位置高程允许不一致。在矢量采集器的CASS编码中选择相应线性，基于房屋角点，构建房屋主体边线，并赋上相应属性信息，完成房屋主体采集。2)基于三维模型与立体双视倾斜影像的测图方法。在三维模型精度达不到测图作业要求的情况下，可采用三维模型结合立体双视倾斜影像的方法进行测图。在三维模型屋檐角点处设置基础面，获取当前视角像对，在右上角的影像上移动紫色垂直辅助线到房屋主体的棱线上，按住快捷键"Z"固定右上角垂直辅助线，鼠标移动右下角垂直辅助线到相同位置后，按下鼠标左键，完成房屋主体角点采集，其他测图步骤如方法1)所示。交通、水系、居民地及设施、管线、地貌等点状和线状要素的采集均可参照上述两种方法，完成实验区1∶500比例尺地形图绘制。
结语
针对传统测图人工成本高、效率低等问题，本文引入倾斜摄影技术，基于武汉天际航信息科技股份有限公司的倾斜摄影测量产品DP－Modeler和DP－Smart，在不佩戴立体眼镜的三维实景环境下采用直接全要素采集的测图方式进行1∶500大比例尺测图，并选取观测点对测图精度进行了验证，结果表明:该方法能够满足1∶500地形图测图要求，在内业环境下即可实现屋檐改正，大幅降低了外业工作强度，提高了测图作业效率。
参考文献
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［3］朱国强，刘勇，程鹏正．无人机倾斜摄影技术支持下的三维精细模型制作［J］．测绘通报，2016(9):151－152．
论文作者:荣全文
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
标签：模型论文; 比例尺论文; 测量论文; 地形图论文; 影像论文; 环境论文; 建模论文; 《中国西部科技》2019年第23期论文;