基于无人机倾斜摄影测量技术在大比例地形测绘中的应用探讨

基于无人机倾斜摄影测量技术在大比例地形测绘中的应用探

讨

摘要：科学技术的快速发展推动我国整体经济建设发展迅速，带动我国快速进

入现代化发展阶段。随着测绘测量技术的不断发展，采用无人机通过倾斜摄影的

方式获取被摄物体空间信息、表面纹理信息的测绘手段，被广泛的应用在大面积

地形、地物测量领域。

关键词：无人机倾斜摄影测量技术；大比例地形测绘；应用

引言

近年来，我国各行业发展迅速，很多先进技术运用到其中，使其自身发展更

为迅速。随着航空摄影测量技术的高速发展，尤其是无人机倾斜摄影技术的迭代

和更新，快速、高效地获得客观、丰富的地面数据信息，完成大比例尺地形测绘，成为可能。该技术改善了传统摄影测量只能获取地面要素的高度或顶部纹理信息，且易受云层和天气干扰的不足，通过低空无人机搭载多台传感器从一个垂直、多

个倾斜等不同角度进行同步影像采集，可获得高分辨率、大视场角、更详尽的地物、地貌信息。

1无人机倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术的应用需采用多镜头相机，并将其安装于同一个飞行平台上，由此即可从多个方向实现对地面物体影像的同时获取，一般采用5镜头相机，由1个竖直和4个倾斜方向进行摄影，由此可获得正片（竖直摄影获得的一组影像）和斜片（倾斜方向摄影获得的四组影像）。在倾斜摄影测量技术的应用中，

需对飞行器的航高、航速、航向和旁向重叠等参数进行记录，飞行器可在一个时

间段内连续完成多组影像重叠像片的拍摄，由此在多张像片上找到同一个地物，

即可选择最为清晰的一张像片，并针对性地开展纹理制作，各类数据由此即可轻

松获得。在获得影像后，还需要开展一系列处理，如几何纠正、倾斜影像匹配、

区域网联合平差、TIN构建、DSM点云生成、纹理映射，最终即可得到直观而真

实的实景三维模型。地面物体的真实情况可基于倾斜摄影测量技术测得的影像数

据反映，影像还能够同时嵌入属性信息和地理信息，遥感影像的应用范围、用户

体验的全面升级均可由此实现。

2无人机倾斜摄影测量作业流程

传统大比例尺地形图测绘作业可概括为“三内二外”，即内业收集资料，根据

测区概况设计技术方案;外业采集数据，绘制草图;内业分类矢量化地物，包括配准、空三、格式转换;外业调绘，反馈位置、类别信息;内业编辑、分幅、整饰，

立体测图，成果发布等。倾斜摄影测量工艺，和传统航测方式大致一样，流程更

加简化。外业作业之前，首先收集测区资料，包括控制点成果、坐标系统和高程

基准，已有地形图成果和地名资料等。接着，针对任务进行初步设计，并报送业

务主管部门审批，制定无人机航飞方案，并进行空域申请，明确无人机搭载的传

感器类型、地面分辨率、飞行高度、架次、重叠度等。在具备外业影像采集条件后，按照航测设计方案，进行像控点坐标和倾斜影像数据采集工作。内业工作主

要包括数据预处理、空三加密、生成点云和建立实景三维模型等。所有内业均可

在数码倾斜影像导入软件后由软件自动解算完成，通过多视影像联合平差技术进

行倾斜影像区域网平差、多视影像密集匹配技术得到高精度点云数据，还可以运

用联机计算缩短内业数据处理时间。大比例尺地形线划图采集工作，可根据三维

模型、DOM和点云作参照，提高地物的判读性和数据采集的速率。

3技术方案的制定

1.航摄目标的确立，需要对作业区域进行实地踏查、调查，明确成果的精度

控制指标，及测区范围内是否包含禁飞区域，是否含有影像航摄的不利因素等。2.航前规划，航前规划是对航摄工作的整体安排，包括飞行器的选取、航摄质量

的控制、计算飞行参数和拟定航线及拍摄方式等。3.像片重叠度的设置，一般规

定为航向重叠度应达到60%以上。如果计算机的处理能力较强，还可以进一步增

大重叠度，提高重叠影像特征点匹配率，进一步提升模型精度。4.像控点位的选取，像控点应该布设在对比明显的位置上，为了避免镜头畸变对影像失真度的影响，应该避免布设在采集区域的边缘上。像控点还应尽量均匀分布并覆盖整个测区，如测区布设条件不佳，应在传统布点方式的基础上，布设内部加密像控点，

用以保证模型的精度。5.优化设计，拟定方案后，对方案进行整体评定，考虑不

良干扰因素，重新对飞行计划做出调整。尽量简化航摄过程，降低意外风险；优

化航线设计，提高航拍效率；考虑日照、风口、遮挡的干扰，避免采集到无用的

影像数据。

4摄影测量数据处理的关键

无人机倾斜摄影测量获取的多视影像数据，不仅包括垂直摄影数据，还包括

4个方向的倾斜摄影数据。进行无人机倾斜摄影测量数据的处理，需要很好地处

理倾斜摄影数据，而传统的空中三角测量软件又无法很好地处理倾斜摄影数据，

因此，无人机倾斜摄影测量数据处理需要解决4大关键技术：多视影像的联合平差、多视影像的密集匹配、数字表面模型（DSM）生成和真正射影像（TDOM）

纠正。多视影像联合平差输入多视影像→影像连接点匹配→匹配粗差检测/构建自

由网→输入地面控制数据/区域网平差，1.SIFT特征提取算法实现尺度空间的建立

与特征点定位匹配；2.结合POS系统提供的多视影像外方位元素，采取DOG金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配、构建自由网；3.建立连接点和

连接线、控制点坐标以及POS数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程。4.

多视影像密集匹配，基于计算机视觉发展起来的多基元、多视影像匹配，充分利

用多视影像中的冗余信息，快速准确地获取多视影像上的同名点坐标，进而获取

地物的三维信息。5.数字表面模型（DSM）生成，通过多视影像密集匹配方法，

可生成高精度高分辨率的数字表面模型，完整地表现出地形地物的表面特征。6.

真正射影像（TDOM）纠正，同时纠正物方与像方，是多视影像真正射纠正的2

个重点内容。其中，物方为连续的数字高程模型DEM、大量离散分布且立度差异

很大的地物对象；而像方则为海量的多视影像。7.三维建模，在获取高密度DSM

数据后，进行滤波处理，并将不同匹配单元进行融合，生产出具有真实景观的超

高密度点云DSM数据，再同真正射影像TDOM纠正处理后，把高分辨率的纹理

映射到具有真实景观的DSM表面，生成初级的三维模型。

5无人机倾斜摄影测量的几个应用领域

1.公共安全。快速建立的三维场景模型，给预案和安保部署、警力分配甚至

狙击手位置的分析等提供基础。2.应急救援。通过倾斜快速建模，指挥决策人员

迅速得到事故地现场全貌，有助于制定完备的救援计划。3.智慧城管。通过城市

模型的定期更新和无人机航飞定期检查违章建筑情况，辅助城市违建管理工作。4.智慧旅游。利用倾斜摄影构建的景区实景三维模型，配合VR等设备获得沉浸式体验。5.城市规划。准确分析城市天际线、日照等指数，辅助决策城市规划工作。快速建立起的三维场景模型，给预案和安保部署、警力分配甚至狙击手位置的分

析等提供基础。6.智慧水利。实现水利设施与地形无缝结合，将各类动态信息、