【摘要】无人机倾斜摄影与三维建模技术相结合，成为最新的市场热点，由于具备快速高效低廉的特点，极有可能颠覆传统测绘行业。本文以广元市重点区域34km21∶500地形图测制项目为例，采用无人机倾斜摄影技术、实景三维测图技术，实现大比例尺地形图测绘。实践证明，基于倾斜摄影测量技术的实景三维测图，优势显著，地形图精度满足规范要求。
【关键词】倾斜摄影测量；大比例尺地形图；三维模型测图；空中三角测量
A brief analysis of the application and precision
analysis of real 3d mapping based on tilt photogrammetry
Xie Bo1，WeiZhiqi2
Natural resources bureau of guangyuan，guangyuan 628017
Third geodetic survey team, ministry of natural resources，chengdu610000
Abstract: The combination of UAV Oblique photography technique and 3D modeling has become the latest hotspot in the market. Due to its fast, efficient and low-cost characteristics, it is very likely to subvert the traditional surveying and mapping industry. This paper takes the project of 1:500 topographic map drawing in the key areas of Guangyuan City as an example, using the UAV Oblique photography technique and the real 3D survey to realize the large scale topographic mapping. The practice shows that the real 3D survey based on Oblique photography technique has obvious advantages, and the precision of topographic map meets the standards.
Key Words: oblique photography; large-scale topographic map; 3D modeling; aerial triangulation
1 引言
倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。基于倾斜摄影技术，结合实景三维测图技术，实现了生产场景从二维上升到三维空间，能够全方位、立体化还原地形地物的三维特征，能够完成二维影像无法确定的信息，例如建筑物层数、房檐改正距离等。减少了野外工作量，提高了生产效率和生产质量。
本文以广元市重点区域倾斜航空摄影三维建模和1∶500地形图测制项目为例，面积约为34平方公里。介绍基于倾斜摄影技术的实景三维测图技术流程，以无人机倾斜摄影测量成果为基础，基于EPS 地理信息工作站（以下简称EPS软件）实现1∶500地形图测绘。
2实景三维测图技术路线
本文技术路线主要包括：首先，开展无人机倾斜摄影和像片控制测量。然后，利用像片控制成果，对航空影像进行全数字空中三角测量。在三维实景建模软件中，经测区分块、像对筛选、点云计算、点云构网、纹理映射、漏洞修复等操作，构建三维实景模型。再基于EPS软件三维测图模块，进行地物地貌全要素内业采集。对于内业无法判读采集的地物要素、属性、地名注记等，进行外业实地调绘。最后，利用生产的地貌数据经空间插值、拼接、裁切生产数字高程模型（DEM）数据。利用数字高程模型（DEM）成果，结合下视航空影像空中三角测量成果，进行数字正射影像纠正，经匀光、匀色、拼接、镶嵌、裁切生产正射影像数据。
总体技术路线，如下图所示。
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图1 总体工艺流程图
2.1 无人机倾斜摄影
对航空影像获取区域进行实地踏勘，选定起飞降落场地，设计航线，并执行航摄计划。航摄完成后，对影像质量进行检查及整理。航空影像包括影像文件、曝光点文件（pos）、相机检校文件组成，其中影像文件包括左视、右视、前视、后视、下视。
2.2像片控制测量
在保证倾斜摄影像片重叠度的前提下，1km2测图范围布设8-10个像控点，所布设像控点尽可能控制住测图范围，以保证成图精度。为检验三维实景模型的几何精度，要求在成图区域采集精度检验点，采集原则是1km2范围内布设2-4个，城区建筑物密集区域适当增大检查点密度。本次行文选取本测区内一个子测区进行相关验证，选取子测区面积约1.5km2 布设像控点和检查点共18个，分布图见图2。像控点测量遵循《全球定位系统实时动态（RTK）测量技术规范》(CH/T 2009-2010)执行要求，采用双频GPS接收机，按动态差分方式进行施测。
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图2 像控点布设示意图
2.3空中三角测量
将倾斜摄影获取的5个视角的影像、POS数据以及相机属性信息导入倾斜数字空中三角测量软件Mirauge3D中，经全自动的影像特征点提取后进行构网平差，再引入野外像片控制点成果，经反复平差、调整，开展空中三角测量，解算出满足精度要求的影像的外方位元素，导出畸变后的下视影像及下视影像的外方位元素，用于后期立体模型恢复和正射影像生产。
2.4三维实景模型生产
基于三维建模软件Mirauge3D，利用空中三角测量成果，经测区分块、像对筛选、点云计算、点云构网、纹理映射、漏洞修复等制作三维实景模型[1]。
（1）测区分块
根据计算节点的内存以及数据处理能力，将整个测区按照合理的分块（Tile）大小进行划分，将计算任务分包，在保证三维实景模型能顺利计算的前提下，提高计算效率。
（2）影像像对提取
结合航飞的具体情况与各个相机的安置关系，设置合理的参数尽量保证拍摄视角接近且重叠度较高的倾斜影像作为提取点云的像对，由软件自动完成。
（3）点云提取
在像对中提取点云，再以每一分块（Tile）为单位进行点云合并。
（4）点云构TIN
建立整个测区的不规则三角网时，需对三角网进行如下操作：调整三角网尺寸，保持与原始影像分辨率相匹配；简化平坦地区的三角网；为带纹理的模型建立多细节层次（Levels of Detail，简称LOD），便于优化相应的文件组织结构。
（5）纹理自动提取与映射
纹理提取信息时，软件进行如下操作：根据高精度的的三角网构成白模型，并结合关联影像信息，为每个三角形建立对应的纹理信息，软件从影像中提取相对应纹理，并将纹理自动映射到对应的白模型上，形成实景三维模型，如图4所示。
（6）漏洞修复
对视场盲区或阴影造成的三维实景模型错误（如漏洞，楼体缺失等）和水体漏洞采用手动修复编辑，重新贴附正确的纹理。
（a）高精度三角网 （b）白模型
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（c）纹理映射后模型
图3 三维实景模型示意图
2.5三维测图
本文利用EPS软件开展实景三维数字化测图，EPS软件提供基于实景三维模型（osgb）二三维采集编辑工具，可实现基于倾斜摄影生成的实景三维模型的倾斜摄影三维测图，支持大数据浏览以及高效采编库一体化的三维测图。
在三维环境下采集各种地物类型的特征点或特征线，并借助地物本身和地物之间的几何关系，绘制完成地物。特别是对房屋的采集，为尽量消除采集误差采用3点法或5点发对房屋边线进行采集。对于地貌信息的采集，由于实景三维模型具有高程信息，可通过直接在模型表面拾取高程点完成。由于数据获取的特点，在内业采集编辑完成后，对未能确认的属性与遮挡部分等内容进行外业调绘与补测[2]。
数据采集界面如图4所示。
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图4 地形线划采集
3精度评定
各个阶段的成果完成后，主要采用人机交互检查方式对试验区域的测图成果进行质量检查，本文试验主要对空三精度和三维模型精度进行平面和高程精度检查。
3.1空三精度评定
根据空三软件的空三结算报告，参与平差解算的控制点X方向平均误差为-0.0021m、均方根误差为0.0238m、最大误差为-0.0800m，Y方向平均误差为-0.0007m、均方根误差为0.0293m、最大误差为0.0501m，Z方向平均误差为0.0066m、均方根误差为0.0235m、最大误差为0.0684m，达到试验精度要求。
3.2实景三维模型精度评定
实景三维模型生产完毕后，将未参与空中三角测量的像控点即检查点，检查三维模型精度，最终检查结果为：X方向平均误差为-0.0523m、均方根误差为0.0956m、最大误差为0.0240m，Y方向平均误差为-0.08475m、均方根误差为0.1158m、最大误差为-0.0221m，Z方向平均误差为0.0140m、均方根误差为0.0446m、最大误差为0.0390m。空三精度和模型精度方向一致，误差差距处在合理范围，达到试验精度要求。
3.2测图精度评定
基于倾斜摄影测量技术的实景三维测图，测图精度完全依赖于三维模型的精度，测图误差主要来自于不可避免的人为采集误差，在测图过程中控制测图者的操作方法即可有效控制住测图精度，故而只要三维模型精度满足精度要求则测图精度即可满足精度要求。
4结语
本文基于多旋翼无人机倾斜摄影测量技术，采用二三维联动测图的技术方法，快速、高质量的完成1∶500地形图测绘工作。实践证明，本文采用的技术路线高效可行，产品精度符合相关标准规范要求。该技术方法充分利用了倾斜摄影技术高效、自动化等优势，地理信息产品更加丰富，极大减少了外业工作量[3]。因此，实景三维测图技术方案与传统数字化测绘技术相比，具有成本低、效率高、产品丰富等优势，具有实际应用价值[4]。
参考文献：
[1]曹帅帅. 无人机倾斜摄影测量三维建模的应用试验研究[D].昆明理工大学,2017.
[2] 朱昊. 基于EPS三维测图系统的实景倾斜模型双模式采集房屋要素的精度对比分析[A]. 江苏省测绘地理信息学会.华东区海峡两岸交流研讨论文集[C].2019:4．
[3]吴献文,张鹏,曾琳.基于消费级无人机倾斜影像的三维测图技术探讨[J].测绘通报2019(7) : 92-95．
[4]周光耀,史超凡,孙健. 无人机倾斜摄影快速地形图测绘方法研究[J]. 北京测绘,2019,33(01):76-79.