倾斜摄影在大比例尺地籍测量中的应用研究

倾斜摄影在大比例尺地籍测量中的应用研究

李新同 吴亚鹏 白文虎

中国电子科技集团公司第五十四研究所 河北石家庄 050000

摘要：无人机倾斜摄影技术具有多方面的测量优势，目前已经得到了广泛的应用。在进行大比例尺地籍测量的测量过程中，应根据实际的地形特征，选择恰当的测量方式，以保证测绘的精确度和降低测绘误差的发生率。本文首先阐述了倾斜摄影测量技术，接着分析了倾斜摄影三维建模技术过程，最后对实例设计实验进行了探讨。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。

关键词：倾斜摄影；大比例尺地籍测量；应用

引言：

当前，智慧城市建设正如火如荼地开展，大比例尺地籍测量作为智慧城市基础地理信息建设中非常重要的基础数据，越来越受到重视。如何高效获取大比例尺地籍测量数据并快速成图成为了测绘地理信息行业研究的重要领域。随着小型无人机倾斜摄影测量技术的发展，其运用的领域越来越广泛，基于相应技术的地形图测绘方法也逐渐应用到了各技术生产单位。本文通过对传统测绘与倾斜摄影测量技术的比较，设计相应的技术方案，论证倾斜摄影测量技术在大比例尺地籍测量测绘中的可行性，并重点讨论技术设计中的关键步骤，为拓展大比例尺地籍测量测绘方法提供重要的佐证资料。

1 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量是利用无人机搭载高精度航摄仪采集航空影像，进行空三加密后建立三维立体模型，在模型上进行特征点数据的采集，继而形成需要的测绘产品。在使用过程当中，通过无人机设备来进行搭载，同时创新运用传统的摄影测量基础，实现三维自动化模型的影像收集，有效打破了传统地形测量工作当中所产生的各种局限性。倾斜摄影测量技术的主要流程图如图1所示。倾斜摄影测量技术的优点在于：与大飞机航空摄影测量相比灵活性更高，操作更易掌握；与全野外测量相比效率更高，产品类型更丰富，可根据采集的影像生成DEM、DOM等副产品。小型无人机倾斜测量技术的有效运用，对传统测量技术当中所存在的不足进行了有效的弥补，在测量工作当中可提供良好的空间信息作为测量信息精确度的保障。

图1倾斜摄影测量技术工作流程图

2 倾斜摄影三维建模技术过程

2.1 影像匹配环节

影像匹配的作用在于建立不同像片之间的连接关系，同时将所有的拍摄像片建立特征关系后再展开整合，从而获取信息并参与到后续的空中三角测量环节当中。换言之，影像匹配的精度直接影响到测量结果的精度。在当前的技术条件下多采用SIFT特征匹配算法来保障运算效率与抗噪声能力，从而将图像之间的匹配状态转化为特征点向量之前的相似性度量。在其中的不同阶段中，第一阶段为图像检测，第二阶段为特征描述符生成，最后阶段为向量匹配。

2.2 空中三角测量

这一阶段是利用较少的控制点坐标来获取未知点坐标与元素，通过前方和后方的交会来实现模型定向和测绘产品的生成。在当前的技术水平下，一般采用光束法区域网联合平差，利用的是不同的观测手段来作为外方位元素的初始值，并将控制点坐标展开数据联合，按照数据在平差过程中的所占权重比差异来分析精度可能受到的影响。从其具体流程来看，从第一条航带开始进行航带网创设，并按照已知的地面控制点来进行粗略计算，得到加密点近似坐标。之后逐点建立误差方程，以像片中心投影方式建立条件方程式。

2.3 密集匹配

密集匹配的作用在于生成密集点云，这也是倾斜摄影技术中的核心内容之一。一般来说航带经过重建后会根据外方位元素来构建立体相对。考虑到影像的多视化特征，会有与传统影像匹配之间的显著差异，表现为点云信息大量存在，且多余的信息可以被用来弥补传统匹配信息的缺陷，尤其是盲区的特征信息能够得到控制，避免一些摄影盲角的特征构建工作出现问题。另外根据密集点云还可以构建三角网，来实现整个模型的构件，三角网的密集程度和航片重叠度之间有着密切联系，理论上说，如果两者重叠度越高，则说明地物结构的表述会越清晰。

2.4 纹理映射

纹理映射工作在三维模型构建完毕之后所进行，建立二维空间点与三维物体表面之间的对应关系，得到更加符合色彩和视觉要求的三维模型。映射模式分为正向映射、逆向映射与两步纹理映射。正向映射的特征在于节省空间，不过图像的质量可能会受到影响。与之相反的逆向映射可以有效地弥补正向映射的差异性，不过在空间占用方面更加显著。两步纹理映射方案则涉及到图片、纹理映射的坐标问题，详细地说明了其中的连接关系。在这一阶段的工作中主要涉及到两个层面的问题。一是像片的选择问题，在这一方面有既往的研究内容提出了相关的解决方案，将每一个需要纹理映射的面片按照公式要求进行评分。而第二个问题在于纹理色的过渡问题。

2.4 实际测量

测量的具体环节非常复杂，是一项系统化的工程。在进行倾斜摄影前需要做好大量的准备工作，包括了解区域概况、确定区域范围、选择合理的摄影设备等。在前期调研工作完毕之后按照低空数字航空摄影的规范，可以先将无人机的参数进行校准和调整，并且按照以下公式的要求进行。

其中H为倾斜摄影的行高、f为物镜镜头焦距、GSD为地面分辨率，a为像元尺寸。一般情况下我们确定航高之后还可以参考航空摄影规范要求来确定重叠度，最后设置好相应的航线参数，包括飞行航向、航线长度等。

3 实例设计实验

设计实验让工作人员在同一区域利用两种不同的方式展开测图与地形图绘制，然后确定两种方法之间的结果对比与误差情况。

3.1 二位数据采集

在EPS三维测图软件中加载相应的数据模型之后按照地形图绘制地物，得到试验区域的数字线划图，均匀地在实验区域采集不同特征的地物类型，包括点状、现状、面状等，具体为电线杆、道路拐点、围墙等，包含多个特征点的平面坐标。工作人员按照二维模型的检查点分布绘制了相应的误差雷达图，结果表明越靠近中间的点位中误差越小，则精度越高，按照前文提到过的共识计算和地形图的长途规范，可以绘制不同地形的高程检查点。

3.2 三维数据采集

在EPS三维测图软件中加载相应的三维模型数据，同样利用工作人员来获取不同特征的相同地物点位坐标。从结果来看，二维和三维实景模型的数字化都能基本符合1∶500大比例地形图的精度规范要求，同时能够将测量的坐标点进行比对，最终完成测图和数据分析。

3.3 地形图绘制方法

地形图绘制工作中的要点在于对地物的识别。尤其是正射影像中无法对地物进行明确区分时，例如树木、建筑物遮挡，那么工作人员在绘制的过程中会通过一定的方法和技巧进行模型旋转。在获取一点平面坐标的同时，可以获取三维模型中的同一点高程坐标，这种精度显然由于单纯地地形图绘制精度。对此，我们可以在正射影像上绘制大部分的地形图，获取地物平面坐标之后再对其添加属性展开数据信息分析。例如建筑物可以备注房屋结构类型、树木可以备注是哪种植物等。此时对于一些需要进行轮廓改正的地物进行调整，按照实际情况进行切换。

结束语：

在无人机技术出现前，人们主要通过传统的人工收集模式获取地理信息，但是，该模式成本高、耗费时间长，使相关工作的难度大大提升。而无人机能够有效降低获取地理信息的成本，并且拍摄范围更广，最终所得的数据信息也更加准确，因此，近年来，无人机倾斜摄影测量技术已经被广泛应用在测量工作中，并且取得了良好的应用效果，进一步提高了测量工作的效率。

参考文献：

[1]徐思奇，黄先锋，张帆，雍小龙，夏志敏，王涛.倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].测绘通报.2018(02)

[2]熊天星.倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].工程技术研究.2018(12)

[3]张海文.浅谈倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].中小企业管理与科技(中旬刊).2019(06)