倾斜摄影测绘技术在大屯锡矿的应用

倾斜摄影测绘技术在大屯锡矿的应用

文永林

云南锡业集团大屯锡矿 云南个旧 661021

摘要 本文阐述了倾斜摄影系统的组成及基本原理，以及实景三维模型的建模过程，并对模型精度进行了分析。以实景三维模型在大屯锡矿的应用为例，阐述了倾斜摄影测绘技术应用的优势及存在的问题，最后提出了下一步应用探索方向。

关键词 倾斜摄影 实景三维模型 像控点 地形图绘制

1 应用背景

（1）随着航空摄影技术的不断发展，倾斜摄影测绘技术已经日趋成熟，成为国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，并得到了广泛应用。

（2）大屯锡矿目前使用的地形图仍为2002年的1:2000航测矢量图，经过多年的工程建设和发展，地形地貌发生较大变化，不能满足大屯锡矿工程建设和发展的工作要求，如果进行人工测绘，工作量大，效率低，成本高，对矿山建设势必带来不利的影响。

（3）数字化城市、数字化矿山是今后的发展方向，建立地表实景三维模型，可为我矿今后数字化矿山建设提供基础成果资料。

2倾斜摄影系统组成及原理

2.1倾斜摄影系统组成

（1）飞行搭载平台：它是一种具有可垂直起降能力的小型无人飞行器，可通过上下共轴放置的两组或三组电机提供升力，通过改变旋翼转速来调整姿态，进一步实现位置控制。我矿采用的是深圳科比特CMM1550六旋翼无人机。

（2）地面控制系统：集成了卫星信号传输系统和无人机指令系统，与GPS卫星和飞行平台实时通讯连接，不断反馈无人机位置信息。

（3）空间GPS卫星

2.2 倾斜摄影基本原理

通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。

3实景三维模型的建立及精度分析

3.1 实景三维建模

（1）建模程序

①确定飞行区域；②布测像控点；③无人机采集影像数据；④数据预处理；⑤将影像、相控点数据导入CC软件 ⑥刺像控点；⑦多视角影像空三解算及密集匹配；⑧切块管理输出。在生成单架次三维实景模型之后，经过模型拼接最后形成总模型。

（2）像控点布测

为了使产出的模型成果与我矿所使用的坐标系一致，精度满足工作要求，需要合理布设像控点。像控点是摄影测量控制加密和测图的基础,野外像控点目标选择的好坏和指示点位的准确程度,直接影响成果的精度。

（3）刺像控点

刺像控点就是通过在相片上找到像控标识，添加像控点实测坐标的过程，其目的是确定模型的坐标系统，保证模型的精度。

（4）空中三角测量运算

空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点（像控点），在室内进行控制点加密，通过计算相对定向元素和模型点坐标建立单个模型，利用相邻模型间公共连接点进行模型连接运算，最后经过整体平差运算，获得全区域网加密点的高程和平面位置的测量方法。

3.2 实景三维模型精度评估

实景三维模型生成后对模型精度进行分析，除了布设的像控点以外，还要采集一些地物特征点（如花台拐角、房角底部、井盖中等）的三维坐标；通过测量这些特征点的实际坐标、高程，对照模型上捕捉到的相应数据进行模型精度分析、评估。在甲介山生活区实景三维模型精度评估过程中，实地采集了平地50个特征点的三维坐标，与模型上对应特征点进行比对分析，结果如下表：

从数据统计分析得出，点位中误差为0.153ｍ，高程中误差为0.235ｍ。按照国家航空摄影测量GB/T 7930-2008标准规范要求，实景三维模型平面和高程精度满足平地１∶1０００（平面精度误差±0.6ｍ，高程误差±0.4ｍ）地形图航空摄影测量要求。

4 实景三维模型在测绘行业中的应用

由于实景三维模型具有精度较高、图像真实的特点，在测绘行业中的应用主要包括影像量测，制作数字线划图、勘测定界图、地形图、数字高程模型等，并可将三维实景模型制作成电子地图，结合软件工程技术以及数据库技术制作地理信息系统。

目前大屯锡矿实景三维模型主要应用在影像量测及地形图绘制方面。

4.1影像量测

将实景三维模型加载至ContextCapture Viewer浏览器中，通过工具菜单中的测量功能来实现以下几方面的应用：

（1）通过旋转实景三维模型全方位、直观地查看地表的地形情况，巡查人员无需深入现场。

（2）通过选定空间参考系统，在三维模型上选择任意点，读取不同空间参考系统的三维坐标；通过定义三维线段，直接量取空间任意两点间的斜距及高差；

（3）圈选实景三维模型中的堆体或建筑物等，定义基础曲面，通过设置起算面，调整采样距离，测量堆体或建筑物的周长、面积、体积等。

4.2地形图绘制

基于低空无人机倾斜摄影技术的地形图测绘方法，大屯锡矿采用EPS软件平台三维测图模块，通过双屏模式同时加载实景三维模型数据和正射影像数据，二三维联动一体化进行地形图绘制。主要绘图步骤为：①在EPS地理信息工作站中建立基础地理工程；②osgb数据转换；③加载倾斜摄影实景三维模型；④二三维联动一体化作图。

（1）地物、地貌绘制

通过EPS软件平台三维测图模块自带的功能，在加载倾斜摄影模型的三维窗口中直接进行数据采集，绘制建筑物、道路交通、管线设施、植被、斜坡、陡坎等，同时在二维窗口中显示绘制成果，通过二三维联动操作，实现对地物地貌的绘制与修改。

（2）等高线绘制

在二三维联动状态下，在三维窗口中直接采集高程点数据，通过地模处理构建三角网，对三角网进行编辑、修改，自动生成等高线；也可通过直接导入三角网或者人工的方式来绘制等高线。

5 倾斜摄影测绘技术应用的优势及存在的问题

（1）优势

①数据采集方式

传统地形图测绘，数据采集易受现场情况的影响，部分区域人员无法到达，且采集数据耗费时间多，效率低，所获得的数据只是地形点的坐标与高程；而基于倾斜摄影实景三维模型的地形图测绘方法，通过无人机倾斜摄影采集数据，采集过程几乎不受现场条件影响，大大提升了数据采集作业效率，且获得的数据为直观的影像数据，能真实地反映出地形地貌情况。

②数据处理方式

由于倾斜摄影测绘方法与传统测绘方法获得的数据成果不同，处理方法也不同，传统方法直接将地形点数据导入CASS软件，根据现场情况来绘制地形图；倾斜摄影测绘方法是将照片数据导入ContextCapture软件，经过建模处理生成实景三维模型，再在EPS软件平台二三维联动一体化进行地形图测绘。能够多视角绘制地形图，避免了大量的外业工作，测绘作业劳动强度大大降低。

③成果输出

传统地形图测绘输出的成果单一，仅有地形图DLG；而倾斜摄影实景三维测图能输出包括地形图DLG、正射影像图DOM、数字高程模型DEM、数字表面模型、实景三维模型等成果。

（2）存在的问题

①部分线状悬空的地物，如电力线等，实景三维建模难度大，难以从模型中准确辨别其走向和连接关系，不能准确绘制地形图。

②由于地物遮挡造成的实景三维模型的局部变形、模糊，导致少量地物要素难以准确采集，只能人工对变形、模糊地物进行补点测量，补充绘制地形图。

③倾斜摄影数据是一个整体，生成的模型也是一个整体，不像简单模型那样是一个或者同类对象组成，因此在倾斜摄影模型上无法实现对模型中单体进行查询、分析和编辑等功能。

④由于水面的高反射现象，相机在获取水面信息的时候被“致盲”，使得那片区域的信息不准确，模型中出现水面“破洞”现象。

6 下一步应用探索

（1）探索通过切割、矢量化等方法来获取或者分离模型单体，实现数据模型单体化，最终实现单体查询、分析、编辑等功能。

（2）在实景三维模型上拓展工程、建筑规划设计、地籍数据库管理等方面的应用。

7　结束语

倾斜摄影测绘技术能快捷采集地面影像数据，实现实景三维建模，可快速绘制地形图，在测绘工作中具有明显优势。

倾斜摄影测绘技术在大屯锡矿的应用目前还处于起步阶段，许多倾斜摄影测绘的关键技术应用尚不熟练，将通过进一步的深入研究应用，让倾斜摄影测量技术在大屯锡矿测绘工作中发挥更大的作用，使我矿测绘技术迈上一个更高台阶。

参考文献

【1】《无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的应用》 赵玉江,王岳.  工程建设与设计. 2018(20)

【2】《基于无人机倾斜摄影技术矿山地形精准测量方法探讨》 贾志才.  中小企业管理与科技(上旬刊). 2018(07)
【3】《基于EPS2008的现状地形图快速成图方法研究》 张鸿儒 . 测绘地理信息. 2017年04期