无人机倾斜摄影与历史数字航空摄影测量技术在征迁测绘中的应用

无人机倾斜摄影与历史数字航空摄影测量技术在征迁测绘中的应用

谷超杰

黑龙江省第六地质勘查院 黑龙江省 佳木斯154002

摘要：针对无人机倾斜摄影测量布设方案的设计，国内外也进行了较多的研究，设计了针对无人机1∶10000正射影像数据采集的像控点布设方式与数量；]针对地形条件设计了隔航带、隔基线的像控点布设方案。目前常规的无人机倾斜摄影测量作业中，为了保证成果质量有据可依，通常使用老旧的低空摄影测量规范进行像控点布设与采集，往往造成需要布设大量控制点的情况。因此，研究如何在保证成果精度的前提下尽可能提高外业效率与降低工作量，设计合理的像控点布设方案具有重要意义。本文对无人机倾斜摄影与历史数字航空摄影测量技术在征迁测绘中的应用进行分析，以供参考。

关键词：征迁测绘；无人机倾斜摄影测量；历史航空摄影测量

引言

近年来，无人机倾斜摄影测量技术不断发展，以其高效的数据采集能力，在空间规划、应急管理等领域发挥着重要作用。无人机倾斜摄影测量技术具有性能高、操作简单、成本低以及受地理环境影响小等优势，通过配合移动平板与软件，可在短时间内快速、大量采集地表信息。作为无人机倾斜摄影中的重要步骤，像控点的布设影响着航摄成果精度以及外业工作量，因此针对无人机倾斜摄影测量技术的像控点布设方案的优化设计具有重要意义。

1无人机倾斜摄影测量原理

无人机倾斜摄影测量是通过在无人机上搭载五镜头数码相机通过Ｓ形飞行方式，同时拍摄倾斜向前、后、左、右４个方向以及垂直向下方向的影像数据。对于单个镜头来说是选用“井”字形的方式飞行。通过飞行前设定好的轨迹，镜头向下垂直拍摄一组正射影像，随后采用云台对镜头进行控制，使其有一定的偏向角度，然后沿着飞行前设定好的轨迹或者垂直于飞行前设定好的轨迹分别进行两边飞行，获取四组倾斜影像。拍摄影像的过程中结合机载ＧＰＳ／ＩＭＵ系统记录影像曝光瞬间的ＰＯＳ数据及地面布设的像控点数据。通过内业软件的计算与处理，运用空三测量的方法求得地物点的三维坐标，最终得到影像数据中地形与地物间的几何关系与纹理特征，然后进行测量产品及其他技术产品的生产。规划竣工核验测量是规划监督测量最后的一个重要环节，是城市自然资源主管部门进行建设工程规划竣工验收的主要依据，竣工测量成果具有很强的权威性。无人机倾斜摄影测量是采用无人机搭载影像传感器。无人机具有灵活、轻便、快速等优点，可以很好地作为倾斜摄影测量的飞行平台。在测量过程中飞行高度、飞行方向、航向重叠、旁向重叠等参数可以实时记录，用于后期的全自动化倾斜摄影三维模型的建立。

2技术流程与关键工序

2.1技术流程

低空无人机倾斜摄影测量基本流程可分为技术设计，像控点布设与测量，倾斜影像采集，数据预处理，空中三角测量，生成点云并编辑，制作数字高程模型（ＤＥＭ）、正射影像图（ＤＯＭ）、三维模型（ＤＳＭ）、裸眼三维测图及外业补测补调，制作数字线划图，成果整理和质量检验等步骤。

2.2关键工序

关键工序是指在产品质量形成过程中对工程产品质量有直接重大影响的工序，其工艺复杂，质量易波动，对工人技艺要求高或总是发生问题较多的工序。低空无人机倾斜摄影测量的关键工序主要有技术设计、无人机飞行平台系统与稳定性检验、倾斜摄影系统与稳定性检验、像控点测量、航飞摄影、选用软件功能及可靠性测试与鉴定、空中三角测量、裸眼立体采编及相关外业工作等。

3无人机倾斜摄影测量

无人机倾斜摄影测量技术路线，数据准备阶段，收集测区内已有地形地貌等相关资料，进行现场踏勘并完成所需外业像控点的点位选取，完成技术设计方案。数据预处理阶段，也可以称为数据获取实施阶段，合理设计航飞规划完成无人机低空航空摄影与像控点测量，航飞完成初步对像控点成果、飞行质量与影像质量进行检查。数据编辑阶段，通过空三加密、区域网平差、立体恢复等过程完成测区内三维实景模型构建，结合ＥＰＳ三维测图平台与外业补充调绘测量完成要素采集编辑处理工作。可靠性分析阶段，即数据成果精度分析阶段，对采集得到的大比例尺１∶５００地形图平面和高程精度进行验证，看是否满足规范。

4历史数字航空摄影测量

4.1历史数字航空摄影测量技术路线

整个技术路线分为准备工作、数据处理和测量成果３个部分。准备阶段包括征迁范围和关键年份的确定、原始航摄数据、相机参数文件、像控点数据等各类数据收集，若测区内以往已处理过区域网空三加密测量，在核查无误情况下可直接采用其空三加密成果。数据处理阶段包括立体模型的恢复和特征采集，立体恢复即按步骤完成立体像对像片内定向、同名像点匹配相对定向和刺入像控点平差绝对定向的过程，在立体模型恢复的基础上配备专业３Ｄ立体眼镜与工作站便可以进行建筑物高度与轮廓特征的采集。立体模型的比例尺与历史数字航摄影像成像比例尺保持一致。测量成果主要提供历史专题影像图与历史年代建筑面积估算２类。

4.2历史建筑面积估算

利用采集到的建筑高度与外轮廓特征，可对测区内２０１１年的建筑面积进行估算。这其中涉及一个核心问题：建筑高度与建筑的层数之间应该如何换算。参照房产测量相关经验，征迁相关部门达成共识，特别制定建筑物高度与层数的对应关系，将其划分为５类。另外，历史航空摄影测量采集得到的建筑轮廓信息仅为外轮廓信息，存在不能做到扣檐与建筑因阳台飘楼等特殊结构分层的问题。因此，历史年代建筑面积估算结果可作为拆迁摸底调查中鉴定年代房屋状况及变迁的依据，但其面积不可直接作为实际征迁建筑面积的依据。

5技术质量管理策略

像控点测量成果用于相对定向后三维模型在实地大地坐标系中进行绝对定向，检验自动空三的正确性与精度，并进一步优化三维模型在大地坐标系中的模型精度。低空无人机倾斜摄影像控点测量主要包括布设、喷涂和实地测量。像控点的数量、分布、喷涂标识的影像分辨率及测量精度等对三维模型的精度有着重要影响。像控点实地点位应符合ＧＰＳ－ＲＴＫ观测条件，便于喷涂人工地面标识，无遮挡并利于在影像上清晰成像。摄区四周均匀加少量内部控制的方法为最优布点方式，还可将传统摄影测量像控点布设方案与倾斜摄影测量布设方案进行综合优化，重点优化不同航摄区域网连接部分的布点方案，且均匀布设一定数量的精度检查点。在小范围试验区的空三加密过程中，增加像控点可以明显减少加密残差，但对检核点的残差影响不大；在大区域作业时，像控点间距控制在２００ｍ以内为宜。为充分发挥基于墙面采集模式的高效率，有效提高采集精度，需要选择合理间距布设像控点，提高像控点采集精度，提高空三加密整体位置精度。

结束语

本文对无人机倾斜摄影测量的关键步骤—像控点布设进行了研究，（1）4种像控点布设方案经空三加密平差计算后得到结果的平面精度差距较小、高程精度差异较大，同时使用航飞POS数据的像控点布设方案较没有使用POS数据的像控点布设方案的高程精度提升明显，表明航飞POS数据可以有效提升高程精度。（2）通过检测点对不同像控点成图精度进行统计计算，得到本文设计4种像控点布设方案中，平面方向满足1∶500比例尺测图要求，高程方向满足1∶2000比例尺测图要求。使用区域网法布设像控点时，基线间隔数为10、航带间隔数为4时的方案最好。

参考文献

[1]古春晓.无人机贴近摄影的古建筑精细三维建模[D].山东理工大学,2021.

[2]杜甘霖,刘云波,兰朋涛,黄菘.无人机测绘在旧城改造调查测绘中的应用[J].地理空间信息,2020,18(10):74-76+5.

[3]亓信玖.基于无人机倾斜摄影测量与BIM技术的三维虚拟校园研究[D].福州大学,2020.

[4]于麒.消费级无人机在宜居改造项目中的应用与研究[D].吉林大学,2019.

[5]吴熠文,余加勇,陈仁朋,晏班夫.无人机倾斜摄影测量技术及其工程应用研究进展[J].湖南大学学报(自然科学版),2018,45(S1):167-172.