无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用研究

无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图

测绘中的应用研究

摘要：随着测绘科技的发展，无人机倾斜摄影测量技术不断得到创新和完善，该技术越来越多地应用于地形图测量。相对于传统航测和全野外测图，利用该技

术生成的实景三维模型进行多视角影像测图，获取信息更加丰富，能够快捷地对

地物进行识别和采集，大大提高了测图效率，缩短了成图周期。基于此，文章主

要分析了无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用。

关键词：无人机倾斜摄影技术；大比例尺地形图测绘；应用

1无人机倾斜摄影技术

这种新型的摄影测绘技术，是以无人机作为飞行平台，在无人机上搭载多镜

头航摄仪，从空中对被摄物体，从多角度、全方位进行影像数据的采集，然后生

产测绘产品的技术。由于搭载的镜头和角度不同，其获取的视角也是不同的，最

常见的是搭载5镜头的倾斜设备。其由1个下视和4个侧视航摄仪组成，下视从

空中垂直地面物体进行影像数据获取，侧视以45°的夹角，对物体从侧面进行拍摄，从而得到盲区少、有用信息丰富的影像。对于同一款相机而言，其像元大小

是相同的，由航摄高度、焦距、地面影像分辨率和像元大小四者之间的关系可知，当像元大小和地面影像分辨率相同时，焦距和航摄高度成正相关。由下视相机和

侧视相机夹角为45°可知，要得到相同分辨率的地面影像，则侧视焦距为下视焦

距的1.4倍，这样获取的影像分辨率一致，有利于后期数据的高精度解算。

2案例分析

某区域要生产1：500比例尺地形图用于规划项目，任务区地势较为平坦，

房屋高度高差约50m，建筑分布较为密集，车流量大，采用全野外方式作业成本高，危险性大；采用垂直摄影测量方式作业，成果精度无法保证。综合考虑作业

成本和成果精度，本次决定采用倾斜摄影方式进行地形图的生产。

2.1像控点布设与采集

首先将任务区导入到LSV软件中，按照500m的距离均匀布设像控点，在任

务区拐角处加密布设像控点，像控点要求将任务区完全覆盖。布设时，要考虑人

员能够到达，并且布设的点位不易被破坏，不应该位于车流和人员活动密集区域，四周要空旷，像控点点位要尽可能地不出现在航摄盲区范围内。布设完成后，将

布设成果导出为kml格式，提供给外业像控点采集人员进行点位采集。为了提高

像控点点位采集与转刺的精度，本次使用红色油漆在地面上直接喷涂L形。对于

不能喷涂的区域，则将靶标L形板子固定在地面上。使用GPS-RTK进行坐标采集，采集坐标时，要求采集L形外角，且设备上气泡必须居中，每个点位采集多次，

且多次较差均要求小于1cm，否则重新采集该点位坐标。像控点采集完成后，按

照同样的方式，在像控点控制精度薄弱区域，随机采集30个特征检查点，用于

后续成果精度的检测。

2.2航线规划与影像采集

为了获取更加丰富的纹理信息，减少航摄盲区，本次航向、旁向重叠度均设

置为85%，在确保航飞安全的情况下，尽可能进行低空飞行，采集分辨率更高的

影像。本次设置航摄高度120m，采集地面影像分辨率为0.02m。为了确保任务区

边缘航摄影像覆盖全，成果精度高，本次在航线规划时，航向外扩了2条基线，

旁向外扩了2个航带。在正式航飞作业前，要对无人机进行全面检查，主要包括

电池电量、相机作业是否正常、内存卡是否能够正常读写数据、相机焦距是否固

定等。经过检查和试飞，所有设备均正常运行。在起飞环境安全时，完成无人机

的起飞任务，并通过地面站实时观察航飞状态，确保航飞可控。航摄完成后，取

出内存卡，连接到电脑上，对航摄成果质量进行查看。通过人机交互方式查看影像，影像对比度明显，地物清楚，分辨率高，质量符合航摄要求。POS与影像一

一对应，数据完整。

2.3数据预处理

数据预处理在数字摄影测量中起着重要的作用，主要包括影像质量提升、冗

余数据剔除和POS精度优化。在本次航摄影像成果质量较好的情况下，无需进行

影像质量提升的预处理步骤。冗余数据剔除是指在数据解算过程中，剔除那些不

参与后续建模工作的影像，从而减少影像数量，提升数据解算的效率和精度。在

倾斜摄影数据解算中，冗余数据会严重影响解算精度和效率。因此，本次利用数

据预处理软件对后期不参与建模的影像进行了剔除，以缩短数据生产工期并提升

解算效果。在本次航摄中，使用了5个镜头进行拍摄，但只记录了下视镜头的POS数据，未记录侧视镜头的POS数据。在实际生产中，可以使用下视镜头的

POS数据代替侧视镜头的POS数据进行数据解算，但这会导致解算精度较低，且

可能会使空三加密解算失败。为了提高POS的精度，本次使用垂直镜头对应的POS数据为基准，结合5个相机之间的安置距离和方位参数，重新进行了对4个

侧视镜头的POS数据进行解算，以确保影像和POS的准确对应。

2.4空中三角测量解算

本次数据解算使用Context Capture软件进行空三解算。首先，在软件中新

建工程，并将经过优化的影像数据和POS数据导入到软件中。然后设置任务队列

路径，提交空三解算任务，完成对影像数据的空三加密解算。解算完成后，可以

对解算结果进行查看。空三解算后的数据应该是平整的、未分层和未弯曲的。可

以查看空三报告，其中包括各项精度指标。如果这些指标符合规范要求，说明解

算结果是可靠的。接下来，需要设置坐标系，并导入像控点。通过坐标转换和平

差调整，将像方坐标系纠正到大地测量坐标系下，以满足项目要求。平差调整的

目的是提高解算结果的精度。再次查看平差后的空三报告，可以发现加密点重投

影中的误差明显减小，仅为0.27个像素，优于平差前的0.32个像素。同时，一

些残差较大的加密点可能会被自动剔除。像控点的三维中误差为0.003m，符合规

范要求。这样的解算结果可以直接用于后续的密集点云匹配和三维模型的生产。

2.5自动化三维模型生产

空三解算技术在地形测绘中可以获得离散的加密点云数据，但这些点云数据

并不能准确地描述地形的高低起伏。为了获得更密集的点云数据，软件通常会利

用多视影像密集匹配算法，自动完成密集点云的匹配。匹配得到的结果仍然是离

散的点云数据，而实际地物通常以面的形式存在，因此需要将离散的点云转换为面。为此，软件会自动进行不规则三角网的构建，以较好地表达地形的高低起伏。