戴金榮

（龍巖市勘察測(cè)繪大隊(duì)，福建 龍巖 364000）

0.引言

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量作為一門(mén)新科學(xué)技術(shù)，在城市規(guī)劃、日照分析、地質(zhì)沉陷監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)測(cè)量等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1，2]。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量具有操作簡(jiǎn)單、節(jié)約人工、精度高等優(yōu)點(diǎn)，目前具有極廣的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值[3，4]。

周呂等[5]重點(diǎn)研究某體育館建筑，借助Context Capture 分析無(wú)人機(jī)影像從而構(gòu)建體育館模型，三維各向誤差在3cm 以內(nèi)；錢(qián)琛等[6]將無(wú)人機(jī)低空傾斜攝影應(yīng)用于新農(nóng)村建設(shè)，并提出優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用途徑；牛井義[7]將無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影應(yīng)用于礦山監(jiān)測(cè)，有效提升了礦山測(cè)繪精準(zhǔn)性和成圖速度；齊昌洋[8]在竣工規(guī)劃測(cè)量中引入了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，為工程竣工驗(yàn)收提供依據(jù)。

本文以龍巖市紅坊片區(qū)為研究區(qū)域，進(jìn)行無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量，并總結(jié)了該項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)及操作過(guò)程。最終得到全要素1∶500 數(shù)字線劃地形圖，為區(qū)域規(guī)劃提供依據(jù)。

1.無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)型號(hào)為大疆經(jīng)緯600Pro 無(wú)人機(jī)，搭載的傾斜攝影相機(jī)品牌為雙魚(yú)，適用于大面積塊狀、帶狀等測(cè)量區(qū)域。該系統(tǒng)除了無(wú)人機(jī)和搭載相機(jī)外，還有成熟的控制模塊。該系統(tǒng)成本較低、操作難度低、精準(zhǔn)度和影像分辨率高，在傾斜攝影測(cè)量與快速三維建模中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

1.1 飛行平臺(tái)及傾斜攝影平臺(tái)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)多用于低空攝影測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)導(dǎo)航定位和高清成像，同時(shí)具有便于外出攜帶的特點(diǎn)。無(wú)人機(jī)傾斜三維攝影平臺(tái)，適用于無(wú)人機(jī)進(jìn)行地形圖測(cè)量工作，影像分辨率最高可達(dá)1.5cm。

1.2 自動(dòng)建模軟件

三維建模軟件采用的是ContextCapture Master 自動(dòng)建模系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種快速三維場(chǎng)景運(yùn)算軟件，整個(gè)過(guò)程只需簡(jiǎn)單的人工干預(yù)，人工給予一定數(shù)量的控制點(diǎn)，便能基于連續(xù)影像自動(dòng)生成三維實(shí)景模型，模型成果采用OSGB 數(shù)據(jù)格式，采用多達(dá)12 層的分層顯示技術(shù)（LOD），以保證地物模型及建筑物細(xì)部特征清晰顯示，自動(dòng)建模技術(shù)整體架構(gòu)。(如圖1 所示)：

圖1 自動(dòng)建模技術(shù)整體架構(gòu)圖

1.3 三維測(cè)圖軟件

三維測(cè)圖軟件使用航天遠(yuǎn)景的MapMatrix 5.0 平臺(tái)下的傾斜測(cè)圖模塊，在高精度三維模型的基礎(chǔ)上采集二維矢量信息。該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)接入航天遠(yuǎn)景、JX4 航測(cè)一體化采編及信息化測(cè)繪入庫(kù)，是采編一體化的測(cè)量系統(tǒng)。三維測(cè)圖界面圖（如圖2 所示）：

圖2 三維測(cè)圖界面圖

1.4 其他輔助軟硬件

GNSS 接收機(jī)、手持式激光測(cè)距儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、全站儀、計(jì)算機(jī)、數(shù)字測(cè)圖軟件。

2.研究區(qū)分區(qū)及空中三角測(cè)量和模型建立

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于龍巖市新羅區(qū)西南，呈不規(guī)則形狀，東西長(zhǎng)約2.45km，南北寬約5.27km，測(cè)圖面積為5.5km2。研究區(qū)中心地處北緯25°03′，東經(jīng)116°59′，涉及田心村、上洋村、進(jìn)貝村、龍溪邦村、東埔村等村莊。居民地較密集，房屋以3 層左右為主，給測(cè)量帶來(lái)了很大困難，研究區(qū)困難類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)區(qū)。研究區(qū)區(qū)域范圍示意圖。（如圖3 所示）：

圖3 研究區(qū)區(qū)域范圍示意圖

2.2 攝影分區(qū)與航高設(shè)定

研究區(qū)海拔最低處348m，最高535m，高低落差約200m，且研究區(qū)為大面積面狀區(qū)域，呈南北走向趨勢(shì)，主要施測(cè)對(duì)象為范圍內(nèi)的地物、地貌。由于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量需在攝區(qū)范圍上空?qǐng)?zhí)行往復(fù)航線，考慮到單架次航線長(zhǎng)度受無(wú)人機(jī)電池續(xù)航及安全控制距離的影響，以及為了保障三維圖像成像的質(zhì)量，采用結(jié)合分區(qū)的地形條件，測(cè)圖等高距，考慮基高比，綜合考慮效果、效率、成本等因素，最終按照單條航線距離1km-2km 將航線分為以下4 區(qū)塊：區(qū)塊1 為房屋密集區(qū)，區(qū)塊2 與區(qū)塊3 為房屋田地結(jié)合區(qū)；區(qū)塊4 為高程落差較大的山邊區(qū)域，。本項(xiàng)目地面分辨率為1.6cm，無(wú)人機(jī)航攝高度為120m，最終地面分辨率均優(yōu)于規(guī)范要求的5cm。研究區(qū)攝影分區(qū)示意圖（如圖4 所示）：

圖4 研究區(qū)攝影分區(qū)示意圖

2.3 航線設(shè)計(jì)

航線按大面積無(wú)人機(jī)往復(fù)航線敷設(shè)，根據(jù)所提供的紅線范圍，并利用緩沖區(qū)工具對(duì)所繪制的范圍線進(jìn)行150m 范圍外擴(kuò)，保證研究區(qū)最邊緣地物采集完整，建模時(shí)沒(méi)有破洞。最終形成“紅坊航飛范圍.KML”文件，作為飛控引導(dǎo)文件。本項(xiàng)目總計(jì)飛行18 架次航線，總條數(shù)108 條，總航程175.5Km。其中主線按東西向布設(shè)，構(gòu)架線按南北向布設(shè)。四處攝影分區(qū)的航線圖分別（如圖 5、圖 6、圖 7、圖 8 所示）：

圖5 分區(qū)1 航線設(shè)計(jì)圖

圖6 分區(qū)2 航線設(shè)計(jì)圖

圖7 分區(qū)3 航線設(shè)計(jì)圖

圖8 分區(qū)4 航線設(shè)計(jì)圖

為保證航攝光線，將航攝時(shí)間定為正午前后兩小時(shí)。主航線航向、旁向重疊率皆為75%，航向、旁向覆蓋均超出攝區(qū)邊界線150m。

2.4 像片控制測(cè)量

控制點(diǎn)的標(biāo)志點(diǎn)，在水泥道路紅色油漆畫(huà)邊長(zhǎng)為40cm、寬度為 20cm 的L 字形標(biāo)志（如圖9 所示）：

圖9 像片控制點(diǎn)

2.5 空中三角測(cè)量及三維實(shí)景模型建立

自動(dòng)建模系統(tǒng)中空三計(jì)算是通過(guò)光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差方法自動(dòng)完成，完成空三解算，選取坐標(biāo)系，導(dǎo)入相應(yīng)的像控點(diǎn)，并完成刺點(diǎn)。本次共獲取有效像片27640 張，像控點(diǎn)共71 個(gè)，采用710 張數(shù)字像片進(jìn)行刺點(diǎn)，刺點(diǎn)位置是L 字內(nèi)交叉的中心，刺點(diǎn)完成后，再進(jìn)行絕對(duì)定向。定向完后，進(jìn)行模型建立，并最終選擇模型坐標(biāo)系、范圍及分塊尺寸，通過(guò)自動(dòng)建模系統(tǒng)生成三維實(shí)景模型。（如圖10 所示），本次求得空三精度平面最大誤差0.02m，高程最大誤差0.02m，均在規(guī)定的限差內(nèi)。

圖10 三維實(shí)景模型

3.后期處理及成果精度

3.1 內(nèi)業(yè)制圖

居民地、工礦建筑、道路設(shè)施、管線設(shè)施、水系設(shè)施、水稻田等地形地貌測(cè)繪采用三維測(cè)圖模塊，以生成的三維實(shí)景模型為基礎(chǔ)，先內(nèi)業(yè)后外業(yè)的作業(yè)方法，內(nèi)業(yè)按立體模型定位，外業(yè)實(shí)地定性, 對(duì)能夠準(zhǔn)確判讀的地物、地貌要素，均全部采集，影像不清晰、要素部確定而無(wú)法采集時(shí)，用特殊符號(hào)標(biāo)記，并進(jìn)行實(shí)地補(bǔ)測(cè)。生成滿足1∶500 數(shù)字線劃圖規(guī)范要求的地形圖。

3.2 數(shù)字線劃圖調(diào)繪與修補(bǔ)測(cè)

通過(guò)裸眼采編內(nèi)業(yè)三維測(cè)圖時(shí)，由于房屋、屋檐、門(mén)檐、樹(shù)木等遮擋導(dǎo)致生成的三維實(shí)景模型局部變形，三維測(cè)圖無(wú)法或不能準(zhǔn)確采集這些要素點(diǎn)，還有少部分不明顯特征點(diǎn)需要進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，電桿等之間的連線要外業(yè)調(diào)查得出。所以還需對(duì)少部分不明顯特征點(diǎn)采用全站儀設(shè)站進(jìn)行補(bǔ)測(cè)、利用手持式激光測(cè)距儀或鋼尺按交會(huì)法進(jìn)行補(bǔ)量。

3.3 調(diào)繪成果

通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量，得到全要素1∶500 數(shù)字線劃地形圖（如圖11 所示）：

圖11 全要素1∶500 數(shù)字線劃地形圖

3.4 現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)與模型平面和高程精度比對(duì)

本測(cè)區(qū)采用全站儀設(shè)站在地物點(diǎn)相對(duì)鄰近圖根點(diǎn)設(shè)站實(shí)地采集方式，采集一定比例且在測(cè)區(qū)內(nèi)分布均勻的建、構(gòu)筑物等明顯地物點(diǎn)平面位置，及道路、農(nóng)田高程、水泥坪等地形高程，本次共采集平面位置點(diǎn)330個(gè)、高程點(diǎn)210 個(gè)，通過(guò)與模型進(jìn)行平面和高程精度比對(duì)，驗(yàn)證模型質(zhì)量精度。詳細(xì)精度分析（如表1、表2 所示）：

表1 現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)與模型平面點(diǎn)精度比對(duì)

表2 現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)與模型高程點(diǎn)精度比對(duì)

通過(guò)上表可以得出，地物點(diǎn)相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差和高程中誤差均優(yōu)于規(guī)范要求的指標(biāo)，因此采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量能滿足《城市測(cè)量規(guī)范》規(guī)定。

4.結(jié)束語(yǔ)

（1）本文介紹了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的組成，對(duì)儀器設(shè)備、自動(dòng)建模及三維測(cè)圖軟件進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建提供參考。

（2）通過(guò)結(jié)合實(shí)例，對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的應(yīng)用進(jìn)一步展開(kāi)研究，實(shí)踐表明新工藝對(duì)測(cè)量技術(shù)的支持與提升有很大的促進(jìn)作用。