基于无人机倾斜摄影技术的大比例地形图测绘方法

引言：大比例尺地形图测绘是城市规划建设、地籍与房产测量、工程施工测量等领域中一项基础性工作。目前，主流的大比例尺地形图测绘方式包括全野外数字化测图方法和航空摄影测量方法。然而，全野外数字化测图方法存在外业工作量大、内业数据处理复杂等问题，导致数据作业周期长、更新速度慢。传统的航空摄影测量方法主要适用于1∶2000比例尺地形图，对于1∶500比例尺地形图，成果精度难以控制，通常需要采用全野外测绘的方式进行补测。近年来，无人机航摄系统以其操作便捷、成本低、机动性强等特点迅速得到推广应用。利用无人机航摄系统进行大比例尺地形图测绘，继承了无人机航摄技术的优点，极大地提高了大比例尺地形图的更新效率，成为当前研究的热门课题。目前，利用无人机航摄系统进行大比例尺地形图测绘主要采用无人机航飞正射影像图作为底图，通过内业编辑成图，再辅以外业补绘调绘完成。然而，由于二维影像数据的局限性，内业数据采集过程中存在许多不确定的信息，例如建筑物层数、房檐改正距离等，需要通过外业补绘调绘来完成。随着无人机倾斜摄影技术的发展，大比例尺地形图测绘的成果数据已经从二维空间升级至三维空间，能够全方位、立体化地还原地物特征，进一步减少了外业工作量，加快了数据采集速度。本文以无人机倾斜摄影测量成果为基础，采用二三维联动一体化测图模式进行大比例尺地形图测绘，实践证明该技术方法具有可靠性强、应用推广价值高的特点。

无人机倾斜摄影技术：无人机技术具有机动性强、准入门槛低和便捷性高等特点，无人机技术与倾斜摄影技术的结合，带动了倾斜摄影技术的发展，大大降低了实景三维数据的获取难度，从而提高了数据的适用范围。无人机倾斜摄影技术使用无人机携带航摄仪获取多个角度的像片，利用计算机视觉理论识别同名像点，结合POS数据或地面控制点数据，恢复立体模型，可同步获取同一区域的实景三维模型数据、数字正射影像数据、点云数据等多种类型的成果数据。基于以下两方面的特点，无人机倾斜摄影技术满足大比例尺地形图测绘的高精度要求。一方面，航飞数据采集时航高较低且像片重叠度高，重建过程中多余观测量多，重建数据的内符合精度高;另一方面，建模过程中加入了POS数据和高精度地面控制点数据辅助，使得数据输出时具有高精度的位置信息。

基于无人机倾斜摄影技术的大比例尺地形图测图技术流程：如图所示

1.资料收集与分析：首先需要收集测区相关的数据资源，包括数字线划图数据、影像图数据、数字高程模型数据以及测区的自然人文地理情况。根据测区的地物分布情况，特别是道路网的分布，我们可以大致确定无人机的起降场地范围和行车路线。通过分析数字线划图数据和影像图数据，可以确定适合无人机起降的平坦区域，并规划行车路线以确保无人机的安全起降和飞行。根据成果要求的精度水平和相机主距、像元大小等参数，我们可以计算出适当的航飞高度。航飞高度的选择需要考虑到成果要求的精度，相机参数以及像元大小等因素。通过计算，可以确定最佳的航飞高度，以保证测绘成果的精度和质量。此外，还需要重点关注测区范围内是否分布有高层建筑或较高信号塔等可能增加航飞难度的因素。这些因素可能会对无人机的飞行安全性产生影响，因此需要对其进行评估和考虑。同时，还需要确保拟定的航高符合安全作业要求，以保障无人机的安全飞行。综上所述，通过收集测区相关数据资源，并根据地物分布情况确定起降场地范围和行车路线，以及根据成果要求和相关参数计算航飞高度，可以为测区的无人机测绘工作提供必要的基础和指导。

2.像控点布设：像控点的布设策略取决于建模精度需求、是否有POS数据辅助、像幅大小等因素。对于无人机倾斜摄影技术，目前常采用区域网布点的像控点布设方法。这种方法包括在测区四周布设平高点，并在内部布设一定数量的平高点或高程点。根据经验估计，在一般地形区域中，可以采用间隔10,000个像素布设一个平高点的方法进行加密。根据拟定的像控点布设方法，并结合已有资料，可以在影像图上大致确定像控点的预设范围。在预设范围内，应尽量选择平整地面上明显的标志点作为像控点，例如斑马线角点、检修井中心点等。如果在预设范围内难以找到明显的特征点，可以使用油漆在地面上绘制人工标记，或者使用像控纸作为像控点。通过以上布设策略，可以有效地确定像控点的位置，以满足建模精度需求，并提供可靠的参考点用于后续的数据处理和建模工作。

3.无人机航空摄影：根据外业现场的实际情况确定无人机航空摄影分区，分区时保证像控点分布均匀，一般优先选择路网作为分界线。根据内业初步拟定的无人机起降场地，结合现场实际情况，选择视野开阔、周围遮挡小、无明显信号干扰、远离人群和建筑物的地方作为无人机起降场地，着重避开高层建筑及信号塔。对于进行实景三维建模，一般采集5

个视角的影像，分别包含1 个正射角度和4 个倾斜角度。无人机航空摄影时，按照设定的航飞高度进行数据采集，其中航向重叠度一般设定为70% ～ 80%。旁向重叠度设定为60%～70%。

4.实景三维建模：实景三维建模的过程包括数据准备、空三加密和建模输出三个环节。在数据准备阶段，需要整理航拍影像数据、相机参数文件、位置和姿态数据（POS数据）以及像控点数据，以满足所选软件平台的要求。常用的实景三维建模软件包括Context Capture Master、Photomesh、PhotoScan、Altizure、Pix4DMapper等。首先，需要对航拍影像数据进行整理和准备。相机参数文件包含了相机的内外参数，用于校正影像数据。POS数据记录了无人机在航拍过程中的位置和姿态信息，可以辅助建模软件进行影像的定位和校正。像控点数据则用于提供可靠的参考点，以提高建模的精度。完成数据准备后，将整理好的数据导入所选的实景三维建模软件。这些软件提供了一系列的工具和算法，用于处理航拍影像数据、进行影像匹配、生成点云和三维模型等操作。用户可以根据需要选择合适的软件，并按照软件的操作指南进行建模过程。通过实景三维建模软件的处理和算法，可以将整理后的数据转化为三维模型，并输出所需的建模结果。这些结果可以包括点云数据、三维模型、纹理贴图等，用于进一步的分析、可视化或应用领域。

5.内业数据采集：为了进行内业数据采集，我们采用了二三维联动一体化测图模式。这种模式通过分屏方式同时加载正射影像数据和实景三维模型数据，并确保它们同步。这样，我们可以在二维或三维环境下进行地形图测量。在数据采集界面中，您可以在三维或二维环境下采集各种地物类型的特征点或特征线，并利用地物本身和地物之间的几何关系来绘制完成地物。对于地貌信息的采集，由于实景三维模型具有高程信息，您可以直接在模型表面拾取高程点来完成采集。一些常用的二三维一体化测图软件包括EPS地理信息工作站、航天远景三维智能测图系统和Dp-Modeler等。这些软件可以帮助您进行地形图测量和地貌信息采集。

6.外业补绘与调绘：完成内业数据采集后，需要进行外业补绘与调绘工作来检核内业数据成果。这包括以下几个主要方面：对内业预判的地形图要素进行核查、纠错和定性。在外业现场，需要对内业数据中的地形图要素进行验证和修正，确保其准确性和完整性。处理内业漏测和难以准确判绘的图形信息，特别是由于地物遮挡造成的实景三维模型的局部变形和模糊。对于一些难以从模型中准确辨别走向和连接关系的线状悬空地物（如电力线），实景三维建模可能存在困难，需要在外业现场进行实地确认和补充。调绘内业难以获取的属性信息，如地理名称、检修井的属性信息、路名、企事业单位等注记信息。在外业工作中，需要收集和调查这些属性信息，并将其添加到内业数据中。通过外业补绘与调绘工作，可以进一步验证和完善内业数据的准确性和完整性，确保数据成果的质量和可靠性。

总结：经过大量实践证明，利用无人机倾斜摄影技术进行大比例尺地形图测绘已被证实能够满足规范精度要求，这是地形图测绘技术的一项重大尝试和成功应用。该技术具有以下几点技术优势：

1）高效作业和低劳动强度：无人机倾斜摄影测量技术具有快速响应和快速数据获取的特点，因此作业效率大大提高。与传统的大比例尺地形图测绘方法相比，应用无人机倾斜摄影测量技术可以显著降低外业工作量和工作强度。

2）直观全面的数据采集：通过正射影像数据和实景三维模型数据，可以直观、形象地展示地物的分布特征。作业员可以直接在二维和三维作业环境下进行数据的采集和编辑，使数据采集更加全面。

3)高精度和少干扰因素：在地形图测量中，常常会遇到现场不配合或地形地貌过于复杂等问题，这些因素会影响地形图的准确性。利用无人机倾斜摄影技术进行大比例尺地形图测绘，可以通过非接触模式的二三维环境作业，准确定位地物特征点位，确保数据的精度和全面性。

然而，该作业模式也存在一定的局限性。例如，在植被茂盛的季节，由于植被的遮挡，实景三维模型可能无法准确表达地物，因此需要通过补绘和调绘的方式进行补充。