罗英杰
天津市地质工程勘察院 天津南开 300191
摘要：传统地形图测图作业方法，需耗费大量人力物力、工作强度大、效率低、操作工序复杂。近几年，新兴的无人机倾斜摄影测量技术可以短时快速获取影像数据，具有高速灵活、高效可靠、低成本高精度等优势，广泛被越来越多的行业所认可和应用。通过构建三维模型，可以将外业工作搬到内业电脑中，可以有效地提高作业效率和减少外业测量的工作。
关键词：大比例地形图；倾斜摄影测量；数字三维模型；无人机
引言
大比例尺地形图，它的位置精度高、地形表示详尽，是进行设计、规划、管理、建造过程中的基础信息。目前，随着我国各大城市大比例尺地形图数据库的不断完善，重点解决大比例尺地形图工作效率低、成图周期长等问题迫在眉睫，使用航空摄影测量技术测绘小面积地形所花费的人力，物力成本较高，不能满足1∶500地形图的测量精度需求。而使用倾斜摄影测量技术能够实现影像资料的多角度采集，具有较高的分辨率。一般情况下，大比例尺地形图含有的信息要素是城市规划、市政事业、土地管理的重要资料。文章主要针对传统的图形方法测绘大比例尺地形图效率低、工作量大的缺点，提出了使用无人机倾斜摄影测量技术的优势，以对相关的地形、地物进行全方位的精准测量。
1倾斜摄影的原理及技术
1.1倾斜摄影技术
倾斜摄影航摄平台在倾斜摄影中，原始影像获取的重要设备是航摄平台，它在影像获取过程中有着不可替代的作用和地位。航摄平台由航摄飞行器与航摄仪组成，航摄仪的性能参数，对飞行载体提出来明确需求，飞行载体允许到达的高度、速度和效率为航摄仪提供了直观的选择依据。
1.2倾斜摄影原理
倾斜摄影技术的核心部分包括：飞行器、倾斜相机，POS系统。飞行器上搭载的倾斜相机，同时获取前、后、左、右、下视的高分辨率影像，搭载在飞行平台上的GPS/IMU系统获取POS数据和像控点数据，运用与设备相匹配的软件，对这两种数据进行一系列处理，最终获得实际生产中的三维模型。
2无人机倾斜摄影技术特点
由于无人机倾斜影像畸变较大，对影像匹配精度有更高的要求，传统的配准方法在匹配精度方面有局限性，近年来，提出了基于多视角倾斜影像的密集匹配技术，而且做了很多研究。研究结果表明，基于多视角倾斜影像的密集匹配技术可以获取高精度的同名点，研究结果为实现全自动精细三维建模提供了强有力的技术支持。无人机倾斜摄影测量主要有以下特点：a.无人机可以直接在空旷区域进行起降，不要太大的空间，对起降环境要求较低。b.无人机飞行高度在几十至几百米之间，受天气影响较小，工作效率高。c.无人机拍摄影像分辨率高，它所搭载的数码相机低空分辨率可达到厘米级，可以清晰的看到顶部和侧面的纹理。d.建模效率高：无人机倾斜摄影技术可自动实现数据采集、快速三维建模等。
3倾斜摄影测量技术测绘大比例尺地形图流程
（1）资料收集。资料收集包括收集测区内小比例地形图、遥感影像、数字高程模型等；收集测区内自然与人文资料以及影响无人机安全飞行的相关资料，如地面落差、植被覆盖、通讯信号塔分布等。
（2）像控点测设。像控点分布及精度直接影响空三精度，决定后续三维模型生产、DOM和DLG的采编精度，所以合理的像控点布设方案对成果质量具有重要意义。在航摄前应拟定像控点布设方案，按照拟定的布设方案，在遥感影像图上选择像控点概略位置，尽可能选择地势平坦，标志明显的点，对于无明显标志的点位，可自行建立标志，一般采用对三角形、L型及十字型标志，并在像控点适当位置喷写点号，方便刺点，最后采用GPS-RTK进行像控点测量。（3）航空摄影。3.1起飞环境选择。航摄时，应当按照实际情况选择视野开阔，远离人口密集及高压电线、信号塔等影响无人机安全飞行的区域。3.2航摄参数设置。航摄参数主要包括飞行范围、重叠度及航高等。相较于传统的单相机垂直摄影方式，倾斜摄影采用5相机，即1个正射相机，4个倾斜相机，倾斜相机倾角一般-45°，航向重叠度为70%-80%，旁向重叠度为60%-70%，航高可根据成图比例尺所需的影像分辨率确定。3.3航摄数据检查。为保证航摄质量，航摄完成后，应现场检查相片清晰度，曝光情况等影响内业成图因素，数据不合格时进行补飞或重飞。（4）外业测绘，在进行外业测绘过程中，通常实景三维模型能够清晰辨别第五位置和相关的信息，然而不可避免地也会存在部分拍摄盲区，例如建筑物遮挡、茂密植被的遮挡等，应该做好内业处理标记工作，实现内业外业实地调绘补测。与此同时，在完成大比例尺地形图分幅整饰工作之后，需要交由相关的检查部门检测勘测结果的准确度、属性精度、地理精度、质量等，检查其是否符合大比例尺地形图的规范，只有验收合格的地形图才能使用，进而充分发挥倾斜摄影测量技术在测绘大比例尺地形图的作用。
4研究区域倾斜摄影测量技术测量要点
分析在该区域无人机倾斜摄影测量大比例尺地形图测绘过程中应注意以下四点。第一，需要做好无人机地形数据的采集工作。分别确定目标区域的具体情况，包括分辨率、行高计算、现场质量检查、差分GPS结算，然后进行检查，航拍在实施过程中主要包括地面基站的架设、飞行平台系统调试、风力风向测试、信号频率强度测试等。第二，需要进行三维模型的构建。在进行数据处理时，使用图形运算系统，做好三维场景的运算，可以通过激光点云扫描系统或者是定位定向系统，不需要通过人工操作就能够形成简单的连续影像，进而生成逼真的三维模型。在具体工作中，需要构建新的工程做好数据导入，实现控制点影像数据的关联，做好空三加密处理，平差优化，进而提交重建任务，提交成品结果并完成场景的构建。在校验倾斜相片导入软件系统之后，应该使用真彩色航空相片，生成高密度的点云以及OSG格式的实景模型。第三，需要进行失量采集以及数据的编辑，这是该研究的技术攻克难点，需要建立实景三维模型，将其导入量化采集软件中。第四，需要进行补绘和调绘。该工程在进行测试过程中，目标区域地物类主要有房屋、道路、植被，没有复杂地形。在完成地形测绘之后，需要确定1∶500地形图成果的数学精度，做好平面点位精度和高程注记点精度的记录。
结束语
基于无人机倾斜摄影测量技术进行三维建模是一个复杂的过程，包括数据采集、处理分析、三维建模及数据管理等工作。项目实践证明，通过三维模型生产地形图的方法，从野外工作量、作业复杂程度、成图周期等方面明显优于传统的地形图采集，从精度方面统计，地表裸露区域能够满足1:500比例尺平面和高程中误差要求。但是，受限于倾斜摄影作业模式，无法采集被成片植被覆盖的区域的影像信息，因此这部分区域仍采用传统的外业作业方式进行地形的采集。基于无人机倾斜摄影的大比例尺地形图生产模式，在小范围测图，具有一定的实际应用价值和意义。但如何做到影像采集效率更高、三维模型精度更高、矢量采集速度更快，都需要在实践中进一步的探索和研究。
参考文献
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