无人机倾斜摄影测量在城市部件调查中的应用

测绘技术装备第20卷2018年第3期技术交流87无人机倾斜摄影测量在城市部件调查中的应用

王锦1杨晓军2赵元务3

（1.西安科技大学测绘科学与技术学院陕西西安710054；

2.中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054

3.陕西测绘地理信息局第一地形测量队陕西西安710054）

摘要：针对传统城市部件调查存在的外业工作量大、效率低、成本高等缺点，现探讨了将无人机倾斜摄影

测量应用于城市部件调查的新方法，该方法将部分外业转化为内业，大大提高部件采集效率，降低作业成本。

并通过实验进行了验证。最后分析了该方法的优势和适用性。

关键词：倾斜摄影测量城市部件调查Smart3D EPS

1引言

城市部件是城市最微小的细胞单元,是城市可利用的各种设施,包括道路、桥梁、水、电、气、热等市政公用设施及公园、绿地、休闲健身娱乐等公共设施、绿化设施、交通设施等。城市部件现状调查是为了提高城市管理和公共服务水平,是数字化城市管理的重要基础。

目前的城市部件调查大都采用传统的大地测量方法，主要运用全站仪和GPS等测量仪器来进行测量，该方法有外业工作量大、效率低、周期长及成本高等缺点（其技术路线如图1a所示）。

外业测量部件

控制测量

将部件绘制到大比例尺地形图上

外业检查和调绘部件及兴趣点

内业修改和补充部件图

部件和兴趣点数据入库

图1部件调查技术路线图（a）

近些年来传统的航空摄影测量虽然得到了长足的发展，但是由于天气影响大，周期性长，机动性差等因素制约，难以实现快速、低成本、高分辨率遥感数据的获取。无人机倾斜摄影打破了传统航空摄影测量的局限性，是一种新型快速获取低空高分辨率航拍像片数据的方法，具有机动性强、高危地区探测、能云下摄影，成像比例尺大等优点，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充，在国内外已得到广泛应用。基于无人机摄影测量技术的特点和优势，本文探讨了无人机低空摄影测量技术应用在城市部件采集中应用方法。

2利用无人机倾斜摄影测量进行部件调查的技术方案

利用无人机倾斜摄影测量系统，按照影像数据采集、内业数据预处理、内业测图及编辑、部件属性录入、内外业部件检核、数据成果等流程进行了实验区内的城市部件采集。技术路线图如图1b所示。

基于EPS在三维模型上采集部件和兴趣点

将部件绘制到大比例尺地形图上

外业检查和调绘部件及兴趣点

内业修改和补充部件图

部件和兴趣点数据入库

无人机低空倾斜摄影测量建立三维模型

图1部件调查技术路线图（b）

2.1影像数据采集

将无人机倾斜摄影测量应用于城市部件调查时，倾斜摄影所建立的模型能够看到大部分部件。采用的飞行平台及航线规划的各项参数如表1：

88技术交流测绘技术装备第20卷2018年第3期

表1飞行平台及航线规划的各项参数

实验区域相关参数

各项参数飞行平台大疆精灵4pro

摄影相机FC6310焦距（mm）8.8像素大小（um） 2.41航高（m ）80GSD（m ）0.022飞行速度（m/s ） 6.6相机宽高比3:2航向重叠度

80%

实验区域相关参数各项参数旁向重叠度70%云台倾斜角（度）

45°飞行方式

“S”字形飞行

2.2基于Smart3D 软件的三维模型和DOM 的制作

利用Smart3D 制作三维模型的数据处理流程主要有影像数据的整理（包括影像数据，控制点数据和POS 数据），建立工程，导入影像，刺像控点，设置相关参数，提交空三任务，利用点云数据构造三角网以及自动纹理贴图等八个方面，其具体数据处理流程如图2:

点云数据

原始影像

相机文件

POS

文件

区域网联合平差控制点

空三加密成果

多视影像匹配

DSM 真正射纠正三维场景

自动纹理映射创建白模TIN 三角网TDOM

图2三维模型和DOM 制作数据流程图

分别建成正射影像和三维模型如图3所示：

图3建成的正射影像和三维模型

测绘技术装备第20卷

2018年第3期技术交流89

2.3基于EPS 软件的二、三维联动部件采集

在EPS 软件中，根据城市管理部件的分类和技术要求，在建成的三维模型及正射影像上进行了部件的采集。平面的部件，如井盖、绿地、雨水箅子等，在正射影像图上采集即可。立体的部件，如路灯、电力杆、垃圾桶、电力箱等，结合正射影像和三维模型进行采集，正射影像采集位置和属性，对于正射影像图上属性不清晰的，在三维模型上确定其属性。兴趣点是在三维模型上采集其位置和属性的。如图4和图5所示：

图4基于正射影像采集部件

图5基于三维模型采集兴趣点

2.4城市部件内、外业检核

将三维模型和正射影像上采集的城市部件叠加到1:500大比例尺地形图上，到实地进行外业检核，补充部件的扩展属性。调查遗漏的、符号属性错误的部件，同时采集室内作业无法提取属性的部件，例如各种井盖。把这些部件调绘到图上。外业

调绘完成后，将成果进行数字化后，即可入库。3实例验证

本文是依托西吉县部件采集项目，选取西吉县

城约0.2km 2

的区域作为试验区。将试验区内所采集的主要部件类型进行统计分析，如图6所示，红色显示的是内业采集的部件，白色显示的是外业检核后的成果图。

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期图6内、外业采集率对比图

3.1精度分析

根据城市管理部件定位精度要求可知，部件的精度要求分为三级：一级是指空间位置或边界明确的部件（例如井盖、雨水箅子、灯等）,其精度要求为≤0.5m；二级是指空间位置或边界较为明确的部件（例如垃圾箱、绿地、广告牌等），其精度要求为≤1.0m；三级是指空间位置概略表达的部件（例如桥、停车场、工地等），其精度要求为≤10m。为了减少偶然误差对实验结果的不利影响，对每类部件分别选取n 个部件，以其实测的坐标值作为真值，结合n 个部件的量测坐标值求取每类部件的点位中误差，其计算公式如（1）式：

m ±

(1)

式中 i , i 为在三维模型上采集的第 个部件的

平面坐标值； , 为检查点的实测值， 为采集的部件个数；䁣为该类部件的中误差。

表2主要部件内业采集率统计表

部件

种类选取的部件个数（个）

每类部件的中误差（m）井盖200.109路灯200.281垃圾箱100.581广告牌100.761停车场

5

7.52

从上述表2中可以看出，每类部件的中误差满足其所在等级的精度要求，所以将无人机倾斜摄影测量技术应用到城市部件调查中，其位置精度可以满足城市管理部件的定位精度要求。3.2部件的内业采集率

在表3中对主要部件进行统计，并计算出通过二、三维联动采集部件的内业采集率。

表3主要部件内业采集率统计表

主要部件总数/个内业采集数/个外业采集数/个内业采集率（%）位置属性位置属性位置属性位置属性绿地1381381361362298.55%98.55%行道树30430418618618118161.18%61.18%护树地面27271414131351.85%51.85%井盖19119115904219183.25%0%雨水箅子6565530126581.54%0%路灯585852526689.66%89.66%兴趣点1141141121122298.25%98.25%电线杆9090480429053.330%垃圾桶777700100%100%电力设施242418186675%75%棚式公交站亭555500100%100%路名牌广告1212120012100%0%横杆式电子眼1111111100100%100%横杆交通信号灯888800100%100%路边停车场333300100%100%铸铁便道桩

66

66

57

57

9

9

86.36%

86.36%

根据表3可以看出，兴趣点的内业采集率高达98.25%，除了偶尔的几个兴趣点在三维模型上看不清楚外，基本完全可以通过内业采集完成。立体的部件，采集率可以达到70%-80%，对于立体部件中