无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用

无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用

发表时间：2019-11-22T10:20:25.703Z 来源：《基层建设》2019年第24期作者：樊学琴

[导读] 摘要：测绘业是国民经济建设的一项重要的基础性工作，如何快速准确的获取更新现有基础数据一直是大家关注的主要问题。

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摘要：测绘业是国民经济建设的一项重要的基础性工作，如何快速准确的获取更新现有基础数据一直是大家关注的主要问题。现存的航空摄影测量技术对小面积地域进行航测成本太高。无人机具有机动、灵活、成本低、飞行速度缓慢、拍摄范围广等优势，它的出现解决了小面积低空摄影测量的关键问题。一方面，无人机可以快速、高效的获取高精度低空影像，使得测绘成果更具现势性，另一方面经过处理后的高精度影像可以广泛应用于城市规划、城市变形监测、重大工程项目、应急救灾、国土资源遥感监测、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，对促进测绘行业乃至国民建设具有重要作用。鉴于此，文章对无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用进行了研究，以供参考。

关键词：无人机低空摄影测量；大比例尺地形图；应用研究

1无人机低空倾斜测量测绘特点分析

1.1无人机低空倾斜摄影技术特点

（1）测绘效率。倾斜摄影测绘方式改革了传统航空摄影技术，能够更加快捷便利地进行测绘工作，借助无人机小型机械载体能够迅速采集影像数据，提升测绘效率。

（2）成像精确。倾斜摄影技术能够满足同一地形有多种分辨率成像，也能为后期数据检查和成像分析提供参考。

（3）多格式储存和传输。倾斜摄影的数据结果多样，能够输出DOM、TDOM、DLG多种模式，为高空摄影测绘提供更多数据表达方式。同时，倾斜摄影能够收集更多的位置信息，可以保证后期出图后高分辨率和大视场角。

（4）多角度测绘。倾斜摄影角度改变了垂直单角度摄影，能够实现多倾斜多坐标形式的影像坐标定位和数据采集，更为具体化呈现地形地貌的起伏状态、位置坐标、高度差信息等。

1.2对倾斜摄影测绘大比例尺精度控制方法

（1）控制点密度控制。为保证测绘结果有效性，需要对测绘精度、测绘控制点进行精准控制。结合地形地标呈现影响因素，在保证倾斜测绘精度方面，一是要对控制点个数进行控制，结合建筑群密度、地形测绘影响程度、测绘进度计划进行控制点个数设置；二是控制点密度设置，对于一些建筑高度落差程度较大、影像成像质量较大的地段增加控制点，进而保证测绘数据的精确和真实性。

（2）测绘地段选取。按照常规的测绘原则，测绘点的选择一般都在城市道路交叉口、房顶、草地等视觉范围广、不影响群众正常生活的地方。一般要求在密集区域100～200m设置一个测绘点；在较为疏远、影响不大地段按照300～400m设置一个测绘点。在一般的大比例尺地图测绘中，为了保证无人机倾斜测量能够达到测绘认定的相关精度，确保数据的真实有效，对于高程、等高线的误差也需要进行精度控制。在城市倾斜摄影地图测绘运用中，一般要求成像平面误差范围为±4cm；高程误差为±3cm；等高线误差为±2.3cm。

2无人机低空倾斜摄影技术运用研究

2.1资料收集与分析

收集测区相关数据资源，包括数字线划图数据、影像图数据、数字高程模型数据、测区自然人文地理情况等。基于上述信息，完成以下两项工作：（1）根据测区的地物分布情况，主要依据道路网的分布，大致确定无人机的起降场地范围和行车路线；（2）根据成果要求精度水平和相机主距、像元大小等参数，计算航飞高度。此外，需要重点关注测区范围内是否分布有高层建筑或较高信号塔等可能增加航飞难度的因素以及拟定航高是否符合安全作业要求。

2.2像控点布设

像控点的布设策略取决于建模精度需求、是否有POS数据辅助、像幅大小等因素。对于无人机倾斜摄影技术，目前多采用区域网布点的像控点布设法，即测区四周布设平高点，内部布设一定数量的平高点或高程点。根据经验估计，对于一般地形区域，采用间隔10000个像素布设一个平高点的方法进行加密。

根据拟定的像控点布设方法，并结合已有资料，在影像图上大致确定像控点的预设范围。关于像控点的位置选取，在预设范围内尽量选择平整地面明显标志点，如斑马线角点、检修井中心点等地面点点位。当预设范围内不易寻找标志明显的特征点时，可使用油漆在地面绘制人工标记或使用像控纸作为像控点。

2.3无人机航空摄影

根据外业现场的实际情况确定无人机航空摄影分区，分区时保证像控点分布均匀，一般优先选择路网作为分界线。根据内业初步拟定的无人机起降场地，结合现场实际情况，选择视野开阔、周围遮挡小、无明显信号干扰、远离人群和建筑物的地方作为无人机起降场地，着重避开高层建筑及信号塔。对于进行实景三维建模，一般采集5个视角的影像，分别包含1个正射角度和4个倾斜角度。

无人机航空摄影时，按照设定的航飞高度进行数据采集，其中航向重叠度一般设定为70%~80%。旁向重叠度设定为60%~70%。

2.4实景三维建模

实景三维建模过程包括数据准备、空三加密、建模输出三个环节。数据准备主要是整理航飞影像数据、相机文件、POS数据以及像控点数据，使其满足软件平台的要求。将整理后的数据载入实景三维建模软件，常用的三维建模软件有Photomesh、PhotoScan、Altizure 等。

空三加密是实景三维建模的核心环节之一，为提高成果的位置精度水平，需要将外业采集像控点数据刺点至对应的像片，要求各个视角均选刺一定数量的像片。刺点完成后，运行空三加密，软件自动进行多视角影像密集匹配、区域网平差，确定像片之间的位置对应关系。空三完成后，可在软件平台查看空三点的密度图。

基于原始影像数据和空三成果，经三维TIN构建、自动纹理映射等流程，生产制作实景三维模型及其派生数据，包括正射影像、数字表面模型、点云等数据。其中实景三维模型和其对应的正射影像将作为大比例尺地形图测绘的数据源。

2.5内业数据采集

内业数据采用二三维联动一体化测图模式进行采集，即利用分屏方式分别加载正射影像数据和实景三维模型数据，并使其同步，可实