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　　无人机倾斜摄影技术可以获取道路及周边环境实景三维模型，在绘图平台中可以实现室内绘制道路现状地形图，并为模型提供更精细化的要素表达方式，今天，中维空间以工程实例来为大家讲解倾斜摄影成果精度满足相关规范要求，为倾斜摄影生产及技术的推广提供可靠依据。（本文较长，可节选阅读）

　　无人机倾斜摄影技术的诞生，颠覆传统测绘的作业方式，推动地形测绘向高科技、立体图形、内业测绘方向革命性的变化，解决由于天气等外因造成的工作延误，把原本大量的外业工作转变成内业工作，极大地减少测绘人的劳动时间和劳动强度。倾斜摄影技术在数字城市建设、应急救灾及文物保护等方面得到应用，但无人机倾斜摄影技术在城市道路现状大比例地形图测绘的应用研究具有价值，倾斜摄影相关应用及服务可以联系中维空间。

 

倾斜摄影原理及特点

 

　　无人机倾斜摄影技术是通过在无人机飞行平台上搭载多台数码相机，同时从垂直和倾斜多个不同的角度采集高分辨率影像，一般常用的是五镜头倾斜摄影系统，结合无人飞行平台搭载的ＧＰＳ／ＩＭＵ系统获取ＰＯＳ数据和像控点数据，经过相关软件处理数字表面模型、数字正摄影像和三维模型。

 

倾斜摄影测量技术具有多种特点：

①立体成果真实，对于地面周围的反映符合人类感知；

②为建模提供真实、丰富的纹理信息；

③可实现高精度测量。同时，无人机作为一种新型的低空遥感对地观测手段，具有易于操控、获取影像周期短、作业机动性强等特性。基于上述特点，利用无人机倾斜摄影技术获取实景三维模型，用矢量绘图平台基于模型提取地形图要素，有效避免传统作业方式强度大、效率低、周期长和重复测量等弊端，极大提升了生产效率，满足工程建设、项目管理、规划设计等对地形图的需要，应用前景广泛。

 

设备选择及技术路线

 

　　２．１设备选择

　　倾斜摄影技术具有“效率高、成本低、数据精确、操作灵活”等优势，受到很多单位的青睐，但根据设备的价格差异和工程需求不同可选用不同的设备，本文采用大疆八旋翼无人机搭载五拼倾斜相机进行航摄，五拼倾斜相机“睿眼”云台系统能同时获取１个垂直和４个倾斜角度的高清影像，每个相机的像幅大小为５４５６像素×３６３２像素，像幅大、像素高。数据处理软件的选择主要包括两种，一种是图像的处理、一种是图形的处理，图像处理采用Ｓｍａｒｔ３Ｄ软件进行空三加密、全自动三维建模生成ＤＳＭ模型，图形绘制采用ＥＰＳ地理信息工作站进行矢量地形要素提取及图形编辑。

 

　　２．２技术路线

根据无人机倾斜摄影测量的技术特点及相关要求制定作业流程，如图１所示。

 

 

 

工程应用

 

　　３．１项目概况

　　本文以两个生产项目为例研究倾斜摄影测量技术在道路现状测绘中的应用及精度分析，图２为重庆市陈家桥公租房周边道路工程包括纵、横７条道路，总长１２ｋｍ，图３为重庆大学城赖家桥立交项目，包括西双大道、渝遂高速２条主线和８条匝道及斜跨地铁一号线，航飞面积约２．５ｋｍ２，全要素采集地表实景地形图基本要素和交通标志信息，对采集的无人机倾斜影像、ＰＯＳ数据及空三成果，采用Ｓｍａｒｔ３Ｄ自动三维建模，输出的模型如图２和图３所示。

 

 

陈家桥公租房道路工程实景模型

 

赖家桥立交实景模型

 

　　倾斜摄影实景模型影像质量良好、分辨率高、纹理清晰、无大面噪声、条纹，依据模型可多角度、多尺度浏览和量测。

 

　　３．２技术步骤

　　以ＥＰＳ地理信息工作站为矢量绘图平台，通过底层开发在绘图平台中内置测图模块，利用倾斜摄影模型进行高精度大比例尺地形数据的矢量采集工作，无需佩戴立体眼镜，根据影像及自动空三生成的三维模型直接定位地物要素的三维信息。软件内置地类地物属性模块实现要素编码分类，经整理形成１∶５００现状地形图。

 

　　３．２．１模型一键承载（技术理论跳过）

　　航飞过程中，由于飞行因素影响、数据采集质量、现场条件限制、建模选择等原因，倾斜模型常常出现空洞、悬挂、扭曲等，因此需要对模型进行切割处理，避免对后续数据提取存在影响。

 

　　３．２．３道路边线等线型地物特征提取

通过矢量绘图环境对倾斜模型三维浏览，结合模型丰富的纹理信息，能够有效识别路沿边线、隔离带等主要线性地物的类型及走向，实现快速提取道路、花圃、斜坡、陡坎等线性地物的平面位置、高程及属性特征，见图４。

 

 

基于矢量绘图平台的道路边线提取

 

　　３．２．４建筑轮廓特征提取

　　建筑轮廓特征提取时，充分利用倾斜模型中建筑物侧面数据量大、精度高的特点，通过给定建筑物侧面基点自动生成轮廓点功能，解决建筑物外轮廓点部位分辨率不高、特征提取定位不准、精度不足等问题。该功能不受同一高程平面限制，任意选取建筑物侧面数据精度最佳位置作为给定基点，使建筑轮廓特征提取精度得到显著提高，见图５。

 

 

建筑外轮廓提取

 

　　３．２．５高程提取

　　实景模型以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的模型成果能直观反映地物外观、位置、高程等属性信息，所以通过实景影像可以快速提取斜坡地貌边界及地面点高程，见图６。

 

 

高程提取

 

　　３．２．６现状地形图编辑

　　基于倾斜摄影实景模型进行现状地形图室内生产，同样遵循“先整体后局部”的作业原则，以测图模块自动提取的建筑轮廓、线化地物为基础，辅助人工识别进行要素清绘，在ＥＰＳ地理信息工作站绘图环境中，能实现二维矢量平面图与三维模型场景分屏显示，模型、矢量、影像同步联动，点、线、面随心编辑，达到了二、三维显示一体化、符号一体化、编辑一体化，实现１∶５００数字地形图室内交互式测绘。

 

　　地形图编辑检查环节，需对点地物遗漏、线地物缺失、面地物不全等进行地毯式搜索、逐步清理完善，依据相关规范在精度允许范围内进行适宜的综合取舍，正确处理各要素表述及逻辑关系，各种注记位置正确，字体规格符合图式和设计要求，使

 

　　其地物形象逼真、地貌自然真实，能正确反映测区的人文、地理景观生成地形图，见图７和图８。

 

 

基于模型生成陈家桥公租房道路现状地形

 

基于模型生成赖家桥立交地形

 

基于倾斜摄影测量三维模型现状地形图的精度分析

 

　　４．１测量精度要求

　　大比例尺地形图质量检查主要包括数学精度、属性精度、数据正确性及要素完备性、整饰质量及附件质量检查，依据《城市测量规范》相关要求：平地、丘陵地带地物点相对于邻近平面控制点的点位中误差不超过图上０．５ｍｍ（１∶５００地形图则为０．２５ｍ），城市建筑区基本等高距为０．５ｍ的平坦地区，１∶５００地形图高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差不应大于０．１５ｍ。

 

　　４．２成果精度检测

　　项目成果检测采用全野外数字化实测成果与倾斜摄影内业提取成果比对的方法进行精度评定，检查要素包含房屋、围墙、灯杆、道路、花圃、沟渠、陡坎和地形高程点等。成果精度检查内容包括平面精度、高程精度及边长精度。项目共设站检查９７９点，其中平面检查点５９８点，高程检查３８１点，边长检查６８条边。根据实测数据与倾斜模型提取数据相比较，误差分布及精度统计结果如表１所示，数据较差见图９。

 

 

检测数据较差分布

 

　　通过误差分布得出：检查点平面中误差为０．１３ｍ，高程点中误差０．１４ｍ，边长中误差０．１５ｍ，基于倾斜模型提取数据中误差小于相关规范标准限差，检查点分布均匀，密度合理，数据真实可靠，能够反映地形图精度情况。

 

 

 

　　４．３误差分析

　　１）原始像片分辨率不足的航摄误差。由于无人机倾斜摄影受地理条件局限、安全飞行高度影响以及设备精度、航摄参数设置等综合因素制约，可能造成原始像片分辨率不足，因此，根据方案设计对地形图精度的要求，通过优化航飞参数（降低航高、换长焦镜头等），可以提高获取影像的地面分辨率，从而进一步提高相关数据成果精度。

 

　　２）空三加密匹配引起的模型误差。倾斜航空摄影后期数据影像匹配时，因倾斜影像的摄影比例尺不一致、分辨率差异、地物遮挡等因素导致获取的数据中含有较多的粗差，严重影响后续影像空三精度。然而，如何利用倾斜摄影测量中包含的大量冗余信息进行数据的高精度匹配是提高倾斜摄影技术实用性的关键，可通过人工干预方式将空三成果精度优化到最佳。

 

　　３）人工采集操作产生的成图误差。基于倾斜模型的地形要素人工采集产生的误差是一个比较重要的成图误差来源，采集时影像图上１个像素的误差，实地距离就是３～５ｃｍ，另一方面，当某一地物不在同一高程面时，会因为视差造成矢量采集的不准确，此时需要作业员根据不同角度的影像图进行局部调整。因此，提高作业员作业经验和操作熟练度，可提升矢量采集成果的精度。

 

工程应用案例中的道路１∶５００现状地形图满足相关规范精度要求，测绘成果科技含量高、产品附加值大。项目实践对拥堵的城市道路现状地形图测绘提供了一种新的技术方案，倾斜摄影测量技术这种“大范围、全要素、高精度、全纹理”的空间表达方式未来将在智慧城市、规划、国土、交通等多个行业得到充分应用。

来源：中维空间。