林 军
（昭通市水利水电勘测设计研究院，云南昭通657000）
摘要:利用无人机低空正摄影测量技术快速获取测区正摄影像数据，通过无人机正摄影像数据进行构建实景三维数字模型和进行三维模型立体测图，实现免采用倾斜摄影测量方式和外业调绘工作，且满足1：2000比例尺数字地形图测绘精度要求。本文通过具体测绘项目实践，详细介绍利用无人机低空正摄影测量应用于1:2000比例尺数字地形图三维模型立体测图的技术路线和作业流程，并通过平面精度和高程精度的误差统计分析，验证了此技术路线和技术应用的可行性。
关键词: 1:2000地形图；无人机；正摄影；实景三维数字模型；三维模型立体测图
0 引言
无人机航测技术具有机动灵活、作业高效迅速、外业成本较低、购置成本低、成果多元化性等特点，随着迅速发展，在小区域数字地形图测绘领域具有明显优势。无人机摄影测量方式主要为无人机正摄影测量和无人机倾斜摄影测量两种，但无人机倾斜摄影测量需搭载专业多镜头相机系统或采用单镜头相机多角度航摄，这导致航摄设备配置费用较高、航摄数据量较大、外业和内业工作量成倍增大等因素，鉴于以上原因，采用无人机倾斜摄影测量方式进行1：2000比例尺精度的数字地形图测绘势必导致人力、物力、成本的增加和浪费。本文通过利用小型低空无人机及飞机自带单镜头相机，采用正摄影的方式获取高重叠度测区影像数据，再利用构建实景三维数字模型和三维模型立体测图技术，实现免外业调绘且满足1：2000比例尺精度的数字地形图测绘，并通过具体测绘生产项目实践，验证了此技术路线和技术应用的可行性。
1 测区概况及任务目的
1.1 测区位于云南省昭通市永善县伍寨彝族苗族乡岔河村，属于山谷地形，测区高程范围：2050m～2350m；测区平面系统采用2000国家大地坐标系，高程系统采用1985国家高程基准，平面投影方式采用高斯-克吕格3°带投影。
1.2 任务目的：完成云南省昭通市岔河水库工程枢纽区1:2000比例尺数字地形图测绘。
2 技术流程
通过利用低空无人机，采用正摄影的方式快速获取测区的影像数据。利用空中三角测量解析计算和自动三维建模技术，构建测区实景三维数字模型，在构建的实景三维数字模型基础上，通过三维模型立体测图技术，采集地形图要素和地貌地物数据信息、制作线划图及编辑成图。为快捷有效完成1：2000数字地形图测绘提供一种新的技术方案。
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图1 技术流程
3 无人机低空正摄影
正摄影航摄采用大疆精灵4 RTK小型低空无人机及飞机自带单镜头相机，相机型号为DJI-FC6310R，相机有效像素为2000万（8.8mm/24mm＾35mm格式等效）。测区航摄面积约9平方公里，规划航线相对航高150m，航向和旁向重叠度分别为85%、75%；测区航摄飞行架次共计42架次，航摄影像共计9845幅。测区像片控制点采用区域网布点方式，为保障实景三维数字模型的构建和精度，测区共布设118个像片控制点和22个检查点。
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图2 测区范围图 图3 测区像控点、检查点布设图
4 航摄影像POS数据
基于大疆精灵4RTK低空无人机航摄影像定位功能，免去了航摄后进行影像POS数据文件的预处理和编辑，导出影像数据文件即含影像POS数据信息属性，为内业工作节省大量的时间。
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图4 影像POS数据信息
5 实景三维数字模型构建
运用Bentley公司的Context Capture三维实景建模软件对正摄影影像数据进行解析空中三角测量和实景三维数字模型构建，主要步骤如下:
5.1 创建项目工程，导入影像数据，设置相机畸变参数。
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图5 Context Capture工程文件
5.2 设置空三空间参考系(3度带CGCS2000投影坐标系)，导入像控点和检查点坐标数据，进行像控点和检查点点位照片刺点作业，完成后提交空中三角测量运行程序。
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图6 像控点和检查点点位照片刺点 图7 空三点云
5.3 基于空中三角测量成果，进行点云切块模式设置，并确定模型空间参考框架(3度带CGCS2000投影坐标系)和目的格式（OSGB），提交三维建模生产，由Context Capture软件自动运行生成测区实景三维数字模型成果。
图8 点云切块 图9 实景三维数字模型
6 三维模型立体测图及DLG成果输出
采用清华山维EPS 2016三维测图软件加载实景三维数字模型成果，进行三维立体模型测图，从而完成地形图要素的采集和线划图的制作，最后采用南方CASS10.1地形地籍数字化成图软件进行地形图的编辑、修饰及DLG成果输出。
6.1 将Context Capture生成的OSGB格式文件转换成DSM格式文件，然后加载DSM数字表面模型至EPS2016三维测图软件。
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图10 EPS加载DSM
6.2 利用清华山维EPS2016三维测图软件进行三维模型立体测图，运用EPS2016三维模型空间量算及绘制功能进行地形图要素、地貌地物的采集和线划图制作。
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图11 EPS三维模型立体测图与数据采集
6.3 将EPS三维模型立体测图数据成果输出为DWG格式文件，利用南方CASS10.1地形地籍数字化成图软件进行地形图的编辑、修饰及DLG成果输出。
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图12 CASS编辑成图
7 精度统计分析
7.1 空中三角测量精度
根据该项目空中三角测量成果报告数据得知，测区平均地面分辨率为5.6cm；测区118个像片控制点，平面中误差为0.0081m，高程中误差为0 m；测区22个检查点，平面中误差为0．0211 m，高程中误差为0.0094m。空中三角测量精度较高，满足1：2000比例尺地形图测绘精度要求。
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图13 空中三角测量成果报告截图
7.2 地形图平面及高程精度
地形图平面及高程精度检查采用RTK实测点位与地形图同点位进行误差比对统计分析。测区共设100个点位误差比对点，比对统计平面中误差为0．369m，高程中误差为0．273m，由此满足1：2000比例尺地形图测绘的精度要求。
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表1 地形图点位误差比对统计分析略表
8 结论
本文通过具体测绘生产项目的实践，详细阐述了无人机低空正摄影测量应用于1:2000比例尺数字地形图三维模型立体测图的的技术路线和作业流程，并通过地形图平面精度和高程精度的误差比对统计分析，验证了此技术路线和技术应用的可行性。从而印证了利用无人机单镜头垂直正摄影低空航摄能进行实景三维模型的构建和1：2000地形图三维模型立体测图，规避了同为满足1：2000地形图测绘精度而采用倾斜摄影测量方式需搭载多镜头相机或单镜头多角度航摄导致的航摄设备配置费用高、航摄数据量大、外业和内业工作量倍增等因素。同时借助实景三维模型的立体量测、三维视角等优点，实现了地形图要素、地物地貌的全内业采集和绘制，避免了外业调绘、补测等工作，减少了外业生产成本和时间，降低了外业工作强度，为1：2000数字地形图测绘提供了一个快速高效的技术方案。
参考文献：
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［5］谭金石,黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘,2015(5):21-24.
作者（通讯作者）姓名：林军.
出生年月：1982年2月8日.
性别：男.
民族：汉族.
籍贯：云南省昭通市.
学历：大学本科.
院校：昆明理工大学.
职称：工程师.
职务：副科长.
研究方向：水利水电工程测量、摄影测量与遥感.
专业：测绘工程.