无人机低空摄影测量大比例尺测图精度研究

无人机低空摄影测量大比例尺测图精度研究

陈彪

云南利鲁环境建设有限公司 云南省昆明市 650051

摘  要：以某乡镇为试验区，采用无人机航测技术对 1∶500 大比例尺地形图进行航空摄影测量，经与传统测量成果进行对比分析，得出如下结论：相比数字测量方法，无人机航测技术具有测量效率高、机动灵活、时效性强、成本低、受天气和空域管制影响小等诸多优点；无人机航测点位中误差完全能满足大比例尺测图精度要求，其影像数据还可以作为地形测量的工作底图；采用无人机航测技术大大节省工作时间和财力，有效提高了工作效率，为大比例尺地籍测绘提供了借鉴。

关键词：倾斜摄影测量技术；大比例尺；空三计算；精度验证

0. 引言

随着科学技术的发展，高新技术逐渐深入到各行领域。传统全站仪测图模式将成为历史，不断涌现的新技术渗入使得测绘作业人员亟需掌握前言技术。近几年无人机技术逐渐普及，其中就包括无人机技术在地形图成图方面应用越来越多，伴随着五镜头成像质量的提高。国家在大力推进实景三维技术，这就给倾斜摄影测量技术应用在城市大比例尺地形图测绘提供可能性。该技术在成图方面必须保证全要素获取，精度方面要满足大比例尺成图要求。传统测绘地形图，通过首级控制网布设，图根点加密来满足成图质量要求。但是传统全数字野外测绘方法效率低，无法满足日益加快的经济发展要求。特别是一些重点建设项目亟需要地形图作为设计的地图，工期吃紧就需要一种快速成图的方法。无人机的快速发展与成像系统的日益成熟为这种可能性带来机遇。关于无人机应用在测绘方面的研究，国内各大院校，各大施工单位都有做过相关工作。其中应用在土方量计算方面，能够满足精度要求。应用在大比例尺成图方面也有过很多成功案例。

本文在吸取成功案例的基础之上，系统地介绍了倾斜摄影测量技术在大比例尺成图方面的步骤与要求。以某一地形图测绘项目为例，将数据获取全流程详细阐述。内业数据处理与模型生成都做了详细介绍。最后三维模型成图之后，精度验证充分证明了倾斜摄影测量技术在大比例尺成图方面的可能性与有效性。

1 实验区概况及技术指标

1.1 实验区概况

基础测绘中包括115 km2基础地形图更新，以往通过传统测绘手段，采用人工现场调绘补测方式实现地形图一年更新的目标。无人机的普及大大提高了工作效率，其中以某新建小区地块为示范区，并详细介绍倾斜摄影测量的内外业流程。该测区内地理要素种类多样，包括建构筑物、植被、水系、交通设施、管线境界。

1.2 无人机空三计算精度指标

依据航空摄影测量相关规范，航摄区域根据影像地面分辨率计算航高。一般满足1:500比例尺测绘精度要求，影像分辨率优于3 cm。

1.3 1：500地形图成图精度指标

城市地形图测绘精度标准依据《城市测量规范》，其中针对不同地形不同地物平面与高程精度不同。该示范区为平原地区，平地地物间距中误差小于0.20m，平面位置中误差小于0.25m；高程中误差小于0.15m。该示范区参照《城市测量规范》，同时规定针对不同地物、主要地物不同精度指标。通过实地调查与讨论验证，将该示范区内的地物地貌分为三个精度等级。

2 外业数据采集

2.1 影像数据采集

在航飞过程中，航线布设时要考虑边界地物完整，航向、旁向重叠度要满足相关规范要求的前提下，航线布设要超出航摄范围线一个相对航高的距离。根据相关规范，航线技术参数进行合理设置，并按照要求飞行。

2.2像控点采集

本实验区内，为保证空三计算中图像坐标转换为当地坐标，像控点密度与实测精度必须保证满足规范要求。在航飞范围线边缘像控点必须超出图上5cm，间距为地面分辨率的10000倍。

3 数据处理

3.1 数据准备

大疆M300无人机在航飞中，影像数据照片中包含POS信息。所以在提供内业数据处理中不用单独提供各相片POS数据。只需提供外野像控点成果表、点之记、五镜头原始航片。为辅助刺点作业，可将像控点分布图作为数据一并提交。

3.2 导入数据

空三解算采用ContextCapture Center Master，简称CC软件。该软件在解算空三中有独特的优势，但每个区块只能计算2万张像片。将像片数按照2万分一组，分别进行空三计算。其主要操作流程为，新建工程其项目名为拼音。

3.3空中三角测量

将导入的影像利用CC软件空三解算模块，在不添加像控点之前进行分段平差，得到每张像片的像空间坐标系坐标值。添加像控点获取通过优化这一功能获取影像的绝对位置。

3.4模型制作

合格的空三计算之后，航摄所有影像的同名像点坐标与外方位元素均可知。此时利用合格的空三建立三角关系，构建TIN三角网。白模的制作利用合格的空三计算，将影像贴膜至实景三维中。模型输出一般选择OSGB格式，纹理质量选择90%，一般选择100m长宽为切块大小。

4 全要素地形数据生产

依托裸眼三维可视化技术，及矢量数据同步模型采集方法。保证地形图中全要素按照相应精度采集，为保证采集的矢量数据完整、准确。必须按照国家规定的不同比例尺符号进行采集，特别是影像中模糊地带，模型出现空洞的地方，在外业调绘中要补测。点状地物其几何位置及方位角要准确，尽量采用中心点捕捉技术。

4.1 数据源格式转换

三维模型重构生成的是OSGB格式数据，而一般采集软件在矢量化之前将进行数据转换工作。通过软件自带的OSGB转换功能，将OSGB数据转换为DSM数据。每次加载三维模型之前，选择DSM格式数据的根目录即可。

4.2 矢量数据采集

矢量数据采集可利用EPS等平台软件实现。根据最新全要素地形图采集地物要求，采集原则是全要素不遗漏任意地物为原则。在采集过程中，可将地物属性付诸于符号中。不同地物有不同采集方法，而同种地物具有相似的采集规律。不可在模型不清楚时，错误判定地物的性质。在外野调绘中，要补全错漏信息。

4.3 外业调绘与补测

由于内业采集中，模型中存在遮挡，模型空洞，分辨率不足无法判读地物等情况发生。将航测初级图作为外业调绘的原始材料，进行实地踏勘调绘。外业中一定要对内业无法判读的地物地貌进行现场调查，使用标准符号标绘在制图中，字迹清晰工整。

4.4 数据修改与编辑

完成外业调绘与补测之后，对地形图做一次更新与修改。对于地形图修改编辑过程中，合法性检查必不可少。针对已有资料的整饰，将图面错误与不合理的地方改正。对所收集的资料梳理归档，并将属性信息录入到对应的实体中。内外业资料整理清楚，特别是外业调绘纸图的分类归档。

4.5 数据检查

经过内外业处理的地形图，最终要通过几个方面的检查。其中包括图面检查与合法性检查等几项内容。其中图面检查主要通过肉眼判读，房屋是否闭合，植被填充是否充分，高低压线属性是否错漏，有无没连线的杆。合法性检查包括空间逻辑错误，悬挂点错误，交叉线错误，编码合法性检查，自相交检查，四点类地物检查等十五大项。

5 精度评定

通过三维倾斜模型制作完成的地形图进行精度打点统计验证，外业采用RTK结合全站仪工作模式验证。平面上主要采集房角点，管线单点类，道路拐点；高程外业测量最优是在图上高程附近，建成区与非建成区都要顾及到。平面与高程测点要均匀，各种测点点号要清楚。内业按照图幅号进行统计，平面做优为45个点左右，高程至少30个点。采用高精度统计指标计算，每项根据中误差及粗差分别标定。

6 结论

作为新型基础测绘体系下的重要子产品之一，全要素地形数据因其具有地形要素种类全、三维特征信息等优势，应用前景极为广泛。对于城市区域的全要素地形数据生产，由于城市建、构筑物较为密集，通视条件差，利用传统方式进行三维数据采集耗时耗力，工作量巨大。由空间定位、航空摄影等多种技术组成的倾斜摄影测量技术作业时无需通视条件，可快速、有效地获取地表高精度三维数据。

参考文献

[1]王二辉.基于倾斜摄影测量技术的地形图免像控精度研究[J].地理空间信息,2022,20(08):74-77.