倪爾瑞

(安徽省第四測繪院)

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)分析

1.1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)

無人機傾斜攝影測量技術(shù)，是通過在無人機底部安裝不同角度的高分辨率攝像頭，在同一地點對同一地物進行多角度拍攝，采集大量的地物紋理及其位置信息，然后對每個地物點進行立體成像，最終形成三維立體圖，同時獲取DEM數(shù)據(jù)。

與傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)相比，無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以獲取目標(biāo)點5個方向（垂直、左視、右視、前視、后視）的影像，并可生成三維實景模型。

1.2 無人機傾斜攝影測量技術(shù)的特點

就無人機傾斜攝影測量技術(shù)而言，其不僅可以獲取目標(biāo)點的三維坐標(biāo)和影像信息，而且可以生成三維實景模型，真實地展現(xiàn)目標(biāo)點周圍環(huán)境。同時，該技術(shù)還具有突出的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①獲取的影像具有高精度、高分辨率，能夠快速搭建研究地區(qū)的二維和三維地理信息；

②生成的三維模型具有可量測性，使得攝影測量的應(yīng)用范圍擴大；

③可采集地物側(cè)面的紋理，在一定程度上降低了三維建模的成本；

④與正射影像三維GIS相比，無人機攝影傾斜技術(shù)生成的模型數(shù)據(jù)量較小，為其共享和發(fā)布提供了便利[1]。

2 無人機傾斜攝影技術(shù)的三維建模方法

2.1 三維數(shù)據(jù)的采集

根據(jù)相關(guān)法律及規(guī)范規(guī)定，結(jié)合測區(qū)的實際情況，確定航拍的航高、航飛時間，合理設(shè)計航線，從而保障無人機傾斜攝影的質(zhì)量。

①航高的確定，根據(jù)攝影測量的要求，設(shè)定適宜的航高，保障影像的質(zhì)量。

②航飛時間的確定，因航攝時間受天氣條件的限制，所以在確定航飛時間的過程中，應(yīng)盡量選擇能見度高、晴天、氣流相對穩(wěn)定的時間進行飛行，從而保障無人機航飛和攝影的有效性。

③航線的設(shè)計，根據(jù)航空攝影相關(guān)規(guī)范，合理地設(shè)計測區(qū)的航線，一般設(shè)計為南北向或東西向的直線飛行，如果有特定條件的，應(yīng)以專業(yè)測繪的需要或者地形走向進行航線的設(shè)計[2]。當(dāng)檢查出現(xiàn)不合格航片時，應(yīng)及時補飛，且按原設(shè)計航線進行補攝。

2.2 三維數(shù)據(jù)的處理

通過Context Capture實景建模軟件，對采集的數(shù)據(jù)進行處理，并進行三維建模。建模流程為：

①同步采集無人機數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)；

②以Context Capture實景建模軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合影像的外方位元素，進行全自動空三解算；

③通過智能人機交互技術(shù)，實現(xiàn)采集獲取影像數(shù)據(jù)的融合，然后生成一體化的三維模型；

④切分和輸出三維模型；

⑤檢查和控制數(shù)據(jù)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，保障成果符合質(zhì)量要求；

⑥輸出數(shù)據(jù)成果[3]。

3 案例分析

3.1 測區(qū)概況

本項目以皖北某平原地區(qū)為例，測區(qū)面積約1km2，測區(qū)內(nèi)地形高差約7m。該測區(qū)的建筑物密度較大，房屋最高可達45m，傳統(tǒng)測繪無法有效測繪隱蔽地物點。故采用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，對該測區(qū)進行1:500不動產(chǎn)測繪成圖作業(yè)。

3.2 具體的實施方案

3.2.1 準備工作

3.2.1.1 航測設(shè)備

實驗采用大疆M600Pro作為飛行平臺，如圖1所示，搭載REALCAM524五鏡頭（1個下視4個傾斜鏡頭）傾斜相機總像素1.2億，下視焦距20mm，斜視焦距35mm，為定焦連續(xù)拍攝，最小曝光間隔0.8s。

3.2.1.2 航空攝影技術(shù)參數(shù)設(shè)定

此次航空攝影飛行相對高度約為80m，地面分辨率優(yōu)于0.02m；采用的是五鏡頭傾斜相機，單鏡頭2400萬像素，相機焦距20mm像元分辨率3.9μm；傾斜像片傾斜角為45°，航向和旁向重疊度控制在75%以上，航向上航線的有效航片要超出成圖范圍約80m，旁向至少超出范圍線一條航線。根據(jù)測區(qū)的要求和實際情況，航線設(shè)計如下圖2所示。

3.2.2 像控測量

本實驗區(qū)布設(shè)了25個像控點，像控點間距為200m。在實際的測量過程中，在確保成果質(zhì)量的前提下，只使用了15個像控點參與加密，剩余的其他控制點作為檢查點。在布設(shè)像控測量時，應(yīng)注意以下幾點內(nèi)容：

①像控點全部布設(shè)為平高點，以區(qū)域網(wǎng)為基礎(chǔ)進行像控點的布設(shè)，布設(shè)的順序為，先布設(shè)目標(biāo)范圍的周邊，后布設(shè)測區(qū)中間地帶；

②每平方千米范圍內(nèi)像控點布設(shè)數(shù)量應(yīng)在20個以上；

③根據(jù)航線計劃圖和村莊分布進行像控點的布設(shè)，保證布點均勻且任意一個自然村應(yīng)具有5個以上的像控點，使得外圍像控點連線可以包裹目標(biāo)村莊；

圖1 無人機設(shè)備

④自由圖邊的像控點，應(yīng)將其布設(shè)在圖廓線外。

3.2.3 航空攝影實施

了解當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件和狀況，選擇恰當(dāng)?shù)臅r間進行航攝，盡量避開大風(fēng)、雨水天氣。就航攝來說，操作人員和機組人員應(yīng)早到現(xiàn)場，檢查維護航攝硬件并使其處于最佳狀態(tài)，等到合適的航攝時間，按照預(yù)先設(shè)計的航線進行航空攝影工作，力爭在同一架次或相似的氣候條件下完成航飛任務(wù)。

3.2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

就內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理來說，其流程為：以傾斜影像、控制點為基礎(chǔ)，重建具有高絕對精度的三維模型；根據(jù)重建的三維模型，進行線劃圖的繪制。本測區(qū)的三維模型，如圖3所示，具有總體美觀、地物清晰的特點，并在三維模型上，通過EPS三維采集軟件進行線劃圖采集，如圖4所示。

3.2.5 精度分析

利用全站儀實地采集的界址（房角）點坐標(biāo)與模型上采集的界址（房角）點坐標(biāo)反算點位距離，計算中誤差，分析其絕對精度；將鋼尺實地勘丈的地物邊長與采集的地物平面圖上量取地物邊長相比較，計算中誤差，分析其相對精度。

圖2 航線設(shè)計

3.2.5.1 絕對精度分析

考慮到全站儀設(shè)站及觀測誤差，采用同精度計算中誤差，中誤差計算公式為:

式中：m為中誤差；n為樣本個數(shù)；△為測量值與真實值之差。

全站儀實地采集界址（房角）點265個，剔除粗差點23個，經(jīng)統(tǒng)計分析，該檢測區(qū)域點位中誤差為4.2cm，點位距離差值如圖5所示。

3.2.5.2 相對精度分析

鋼尺勘丈無誤差累積，采用高精度計算中誤差，其中誤差計算公式為:

式中：m為中誤差；n為樣本個數(shù)；△為測量值與真實值之差。

實地勘丈邊長158條，剔除粗差13條。經(jīng)統(tǒng)計分析，該檢測區(qū)域邊長相對中誤差為5.93cm，勘丈邊長差值如下圖6所示。

3.2.6 實驗結(jié)論

圖3 三維模型

圖4 成圖采集數(shù)據(jù)

圖5 點位距離差值

無人機傾斜攝影測量技術(shù)成圖精度較高，能滿足1:500不動產(chǎn)成圖精度要求。

4 結(jié)語

圖6 勘丈邊長差值

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術(shù)是現(xiàn)階段測繪行業(yè)的一種新興的測量技術(shù)，無需與被測量物體接觸，能夠保障測量結(jié)果的高精度和有效性，且在一定程度上節(jié)約了大量的人力和物力。在該技術(shù)的實際運用過程中，應(yīng)根據(jù)待測區(qū)域的實際情況，選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備，合理規(guī)劃航測時間和航線，并考慮天氣因素，從而保障航測的有效性、可靠性。