張官進(jìn) 梁麗麗 劉苗苗 寧玲玲 袁平

【摘 要】 針對(duì)傳統(tǒng)大比例尺測(cè)圖方法存在工作量大、人工成本高、效率低等問(wèn)題，本文提出采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪的方法。利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量高效、便捷和三維數(shù)據(jù)采集的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)六安市部分地區(qū)房地一體化項(xiàng)目運(yùn)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)采集影像，并對(duì)影像重建生成實(shí)景三維模型，最后將采集成果精度與傳統(tǒng)外業(yè)測(cè)量精度進(jìn)行對(duì)比分析和精度驗(yàn)證。結(jié)果表明，檢測(cè)點(diǎn)平面位置和高程的中誤差分別為0.04 m、0.11m，成果滿足1∶500地形圖精度要求。綜上，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)量精度高，能有效提高測(cè)圖作業(yè)效率，降低成本，可以廣泛推廣應(yīng)用于土地調(diào)查項(xiàng)目。

【關(guān)鍵詞】 傾斜攝影測(cè)量技術(shù);點(diǎn)云;大比例尺地形圖;實(shí)景三維模型

【中圖分類號(hào)】 P232 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）06-0097-03

地形圖測(cè)繪常采用GPS-RTK與全站儀結(jié)合的全野外實(shí)地測(cè)量方法，該方法具有精度高、工作量大、周期長(zhǎng)、成本高等特點(diǎn)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傾斜攝影越來(lái)越多地應(yīng)用到測(cè)繪項(xiàng)目中，無(wú)人機(jī)的五鏡頭可以方便、靈活地獲取多角度清晰影像，突破了GPS-RTK與全站儀結(jié)合的散點(diǎn)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了垂直、前、后、左、右各45°傾斜等五個(gè)不同角度的面測(cè)量。根據(jù)影像快速自動(dòng)生成的實(shí)景三維模型可以全要素反映地面情況，且傾斜攝影技術(shù)簡(jiǎn)單，外業(yè)作業(yè)量小，工期短。綜上，本文擬以測(cè)區(qū)為例，把傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用到大比例尺地形圖測(cè)繪中，并對(duì)測(cè)圖精度進(jìn)行研究。

無(wú)人機(jī)發(fā)展較晚，傾斜攝影出現(xiàn)時(shí)間短，專家學(xué)者對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)的研究較少。原喜屯等針對(duì)河南省房地一體項(xiàng)目的具體要求，設(shè)計(jì)了傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)流程。付博等利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取江西省撫州市的某圖書(shū)館影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了圖書(shū)館的三維模型構(gòu)建。曲林等完成了傾斜攝影高、中、低空測(cè)量解決方案。李冬森等實(shí)現(xiàn)了城市土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)管。C.L.Kang.等利用UAV傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在廣西龍脊梯田景區(qū)設(shè)計(jì)了智慧旅游方案。李森盛等以傾斜攝影立體測(cè)圖技術(shù)針對(duì)甘肅某農(nóng)村的權(quán)籍測(cè)量提出測(cè)量技術(shù)指標(biāo)要求。張淑玲等就全國(guó)各省農(nóng)村房地一體確權(quán)登記頒證工作，提出了利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影三維模型測(cè)繪房地一體確權(quán)要素。

綜上，傾斜攝影技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出、應(yīng)用范圍廣。為進(jìn)一步研究其在測(cè)繪大比例尺地形圖方面的應(yīng)用，本文以六安市韓擺渡鎮(zhèn)某村為例，利用傾斜攝影獲取地面物體影像，經(jīng)ContextCapture軟件處理后生成模型，模型矢量化為地形圖，在地形圖中獲取部分特征點(diǎn)坐標(biāo)并與RTK實(shí)地采點(diǎn)相比較，驗(yàn)證該方法的精度可靠性。研究路線如圖1所示。

1試驗(yàn)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1測(cè)區(qū)概況

以韓擺渡鎮(zhèn)某村為研究區(qū)域，該區(qū)域經(jīng)緯度坐標(biāo)為東經(jīng)116°，北緯31°。研究區(qū)域近1km2，研究區(qū)屬淠河沖積平原，測(cè)區(qū)內(nèi)整體地勢(shì)起伏相對(duì)平緩，交通狀況良好，便于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作的進(jìn)行。根據(jù)測(cè)區(qū)范圍及現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，共布設(shè)14個(gè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)位于公路等空曠位置，清晰、無(wú)遮擋。

1.2數(shù)據(jù)采集設(shè)備

本研究采用大疆精靈Phantom 4RTK無(wú)人機(jī)，此款無(wú)人機(jī)自帶定位和POS系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單、便攜易用。影像質(zhì)量決定模型精度，為得到高質(zhì)量影像，依據(jù)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)規(guī)范設(shè)置航向、旁向重疊度、航高、攝影角度等航攝參數(shù)。

1.3影像處理

在Context Capture中檢查影像信息，因系統(tǒng)及外界原因，部分影像缺少組件及POS等關(guān)鍵信息，需刪除影像信息不全及缺少POS的影像。影像應(yīng)分布合理，較為完整;航向及旁向距離均勻;影像在一個(gè)平面內(nèi)，無(wú)明顯分層，航飛質(zhì)量較高。

1.4空中三角測(cè)量

根據(jù)規(guī)范，航攝區(qū)域范圍內(nèi)至少含有3個(gè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)需提前用油漆等標(biāo)定在地面上，坐標(biāo)用RTK實(shí)測(cè)。測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)的14個(gè)控制點(diǎn)均清晰呈現(xiàn)在像片內(nèi)，根據(jù)要求，每個(gè)控制點(diǎn)均需在A、E、S、W、X等5個(gè)視角下刺點(diǎn)。

像控點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入后，每個(gè)像控點(diǎn)需在五個(gè)鏡頭下分別點(diǎn)刺，刺點(diǎn)完成后進(jìn)行第二次空中三角測(cè)量?？罩腥菧y(cè)量完成后，影像應(yīng)平整無(wú)起伏，地面影像無(wú)錯(cuò)位，3D視圖清晰。如圖2所示為空中三角測(cè)量成果圖。

空中三角精度報(bào)告可直接反應(yīng)空中三角測(cè)量的精度，主要包括X、Y方向和3D誤差。如表1所示為空中三角精度報(bào)告部分內(nèi)容。

由表1可知，空中三角加密控制點(diǎn)X、Y方向的中誤差均小于5cm，重投影誤差小于一個(gè)像素，3D誤差在15cm以內(nèi)。根據(jù)《規(guī)范》，空中三角加密后的航飛影像滿足重建三維模型的精度要求，如圖3所示為測(cè)區(qū)局部三維模型。

2精度分析

2.1地形圖繪制

對(duì)三維模型進(jìn)行矢量化，包括建筑物外部輪廓和線狀地物的繪制、高程提取、地形圖修飾。根據(jù)建筑物側(cè)面形狀數(shù)據(jù)信息，繪制建筑側(cè)面輪廓基點(diǎn)，形成閉合線狀要素，利用三維模型確定建筑物的空間特征，匹配建筑物屬性信息。繪制完成后對(duì)照傾斜攝影模型完成地圖注記，通過(guò)地圖符號(hào)和設(shè)計(jì)等修飾繪制要素。

2.2成果及其精度分析

在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)選取特征點(diǎn)，分別獲取特征點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)與圖上坐標(biāo)，計(jì)算特征點(diǎn)外業(yè)實(shí)測(cè)坐標(biāo)與所繪地形圖上相應(yīng)地物點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)X、Y、Z方向的殘差值，計(jì)算平面及高程中誤差。如圖4所示為各方向殘差值折線圖。

由圖4可以看出，Z軸方向的中誤差比平面中誤差大，Z軸最大誤差和最小誤差分別為0.18m和0.05m，平面中誤差較小，最大誤差為0.06m，最小誤差為0.02m，滿足《1∶5001∶10001∶2000數(shù)字地形圖測(cè)繪規(guī)范》中精度要求。

綜上，利用航飛影像生成三維模型后繪制的地形圖精度較高，可用于繪制1∶500大比例尺地形圖。

3結(jié)論

本文以韓擺渡鎮(zhèn)某村為例，闡述了傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)流程，利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)完成了三維建模及地形圖繪制，通過(guò)比較野外實(shí)測(cè)坐標(biāo)與地形圖采集坐標(biāo)，得出如下結(jié)論：

利用上述方法繪制的地形圖，平面中誤差為4cm，高程中誤差為11cm，滿足大比例尺地形圖規(guī)范要求;

傾斜攝影測(cè)量保留了原有建筑物的空間結(jié)構(gòu)，提高了地籍圖成果的精度，與其他傳統(tǒng)測(cè)圖技術(shù)相比，成圖時(shí)間減少50%以上，人員減少70%，降低了測(cè)圖成本，適用于小區(qū)域快速測(cè)繪大比例尺地形圖;

文中提出的方法具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值，可廣泛用于農(nóng)村房地一體確權(quán)和繪制大比例尺地形圖等項(xiàng)目。

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