幸响洪
云南国土资源职业学院
摘要:无人机挂载倾斜摄影设备进行1∶500地形图测量，和传统的人工测量相比，无人机测量灵活、迅速，作业范围广。无人机倾斜摄影测量技术是无人机搭载多镜头相机对拍摄区域进行全方位、无死角的拍摄，经过内业差分处理制作出三维实景模型。倾斜摄影测量具有全面直观、高效、低成本、高精度等特点。本文运用无人机倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图测绘，并验证了精度满足大比例尺测量工作的要求。
关键词:倾斜摄影；高精度事后差分系统；立体采集；精度分析；1∶500地形图
在摄影技术发展史上，摄影测量经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段，目前已经全面地过渡到了全数字摄影测量时代。当前世界范围内4D（DEM，DOM，DLG和DRG）产品的快速、经济和高精度生产为高新技术的开发奠定了重要的基础。一般情况下，航空摄影测量区域航摄周期较长，不利于航空摄影技术的作用发挥。所以迫切需要新的摄影测量技术来弥补这一不足，推动经济建设的迅速发展。无人机作为空中遥感平台的技术，正好可以弥补传统航空摄影测量技术的不足。倾斜摄影测量技术是近年来摄影测量领域中新兴的一项测量技术。近年来，这一技术已在许多国家的许多领域得到广泛应用，并逐渐在我国的城市建设、考古研究和工程实施中得到应用。本文使用大疆精灵 4 从多个方位对地表进行数据采集，并同时开展像控测量的准备工作。在 Smart3D 操作平台上处理影像数据并完成空三加密以及三维建模。通过 EPS 软件绘制 1 ：500 数字地形图，并分析其精度。结果表明。此技术能够满足1：500 地形图测绘的精度需求，并在很大程度上能减少制作 1：500 地形图所需的时间和外业工作量。
1倾斜摄影测量技术概述
在摄影技术发展史上，摄影测量经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段，目前已经全面地过渡到了全数字摄影测量时代。当前世界范围内4D（DEM，DOM，DLG和DRG）产品的快速、经济和高精度生产为高新技术的开发奠定了重要的基础。一般情况下，航空摄影测量区域航摄周期较长，不利于航空摄影技术的作用发挥。所以迫切需要新的摄影测量技术来弥补这一不足，推动经济建设的迅速发展。无人机作为空中遥感平台的技术，正好可以弥补传统航空摄影测量技术的不足。倾斜摄影测量技术是近年来摄影测量领域中新兴的一项测量技术。近年来，这一技术已在许多国家的许多领域得到广泛应用，并逐渐在我国的城市建设、考古研究和工程实施中得到应用。
2倾斜摄影基础理论
2.1无人机倾斜摄影测量系统的组成
（1）飞行控制系统飞行控制系统，指挥着飞机上各部件协调工作。为飞机稳定住在空中飞行时的姿态，确保飞机安全地完成飞行任务。（2）地面站系统地面站系统，主要用于实时监测飞机的飞行姿态。必要时做出相应调整，确保飞机在安全的情况下，顺利完成飞行任务。（3）动力系统如果飞行控制系统被称为无人机的大脑的话，那么动力系统则也可由人体的器官来形容，那就是心脏。（4）数据采集系统数据采集系统，用以数据的采集工作，保证飞机在飞行过程中拍摄到足够多的不同角度的相片，并保留。可根据飞行任务的需要，采用不同相机，保证任务的顺利完成。
2.2无人机倾斜摄影测量的关键技术
（1）相机校验非量测相机的畸变较大，不能直接使用，在此之前有必要对其进行校验，通过校验来获取相机的内方元素畸变参数。（2）影像匹配技术通常使用倾斜相机拍摄获取的影像在自动匹配过程中会存在一些问题。其一，由于倾角过大而导致的影像严重变形的问题；其二，建筑物之间相互遮挡的问题；其三，建筑物纹理获取较多而重复的问题。（3）空中三角测量空中三角测量的目的是获取未知点的坐标，要实现该目的，需要借助少量控制点的两方面，一方面是像方，另一方面是物方。
3无人机倾斜摄影测量技术应用要点
在地形图测绘工作中，无人机倾斜摄影测量技术的应用需要首先布设像控点，多采用GPS－RTK，随后即可规划航线并获取数据，结合数据整理基础，通过真正射影像和三维重建，最终可依托EPS平台结合三维模型和真正射影像成图。
3.1数据采集
无人机倾斜摄影测量技术需要依托计算机视觉原理进行影像三维重建，该技术可在不提供相机姿态、相机位置、相机检校等信息的前提下实现曝光瞬间相机内方位元素、相机位置、测区三维点云数据的自动恢复，具体应用需要基于当地实用坐标转换三维数据。因此，控制点布设需要在航飞前于实地进行，以此采用当地实用坐标系坐标和RTK采集控制点。底图可采用下载的影响，以此开展测区绘制、输入飞行参数、生成航点数据，即可完成航线生成，而通过向无人机飞控系统上传规划的航线，数据外界即可通过航飞完成。
3.2三维重建与真正射生成
基于数据预处理基础，可采用SIFT算法匹配影像的特征点，并采用随机采样一致性方法进行粗差检测，这一过程可结合相对定向模型和5点法，如三度重叠点存在于双模型之间，粗差点剔除需采用前方交会计算方式，以此对连接点足够的影像不断选择，相对定向即可依次完成，定向的旋转矩阵和线元素可顺利计算，为判断单位阵作为定向的正确性，需利用旋转矩阵相乘和线元素向量共面，自由网可进而完成构建。由此采用影像不固定的匹配策略，多视影像同名点坐标的快速计算可依托并行算法完成，高密度三维点云数据获取可随之实现。坐标转换模型建立需经过像控点，以此开展地理注册和坐标转换，即可在当地坐标系下转换三维点云并实现DSM的生成，随之开展真正射纠正和纹理映射，真正射影像和全要素三维模型即可顺利获得。
3.3EPS数字化成图
可将光栅图像于EPS软件中插入，底图选择生成的真正射，结合三维重建成果，调绘即可依托全要素真三维模型数据开展，宅基地房屋矢量采集也能够随之实现。对于地形图测绘来说，无人机倾斜摄影技术具备的低成本、强时效性、不受场地限制、机动灵活等优势可充分发挥，地理数据的快速获取可顺利实现，同时在实际应用中可满足精度要求，实现外业人力物力的大量节约，该技术的应用价值可见一斑。
4工程实例
4.1测区概况
某村距离镇区2.5km，村域面积3650亩（包括水域、住宅、道路、沟渠等），其中耕地面积2890亩。项目采用“1985 国家高程基准”“2000 国家大地坐标系”、高斯－克吕格投影方式，中央子午线为 117 00′00″，按 3 分带。采用1:500 比例尺。
4.2航摄飞行
根据测区的地理位置、环境情况和精度要求，制定适合该测区的航飞计划。本次由大疆精灵4来完成航飞任务。根据相机参数将航高设计为280m，地物分辨率为0.5cm，再结合测区的地理位置和天气情况，将航向重叠率设计为80%，旁向重叠率设计为65%。
4.3像控测量
采用JSCORS-RTK技术及似大地水准面精化成果进行像控测量。测区内的等级GPS点或水准点作为像控点平面高程检核及求取参数使用；为避免地形及其他条件影响，对像控点两次测量取平均值。依据摄影测量规范及布设要求，该测区共均匀布设30个像控点。
4.4空中三角测量
根据测图区域的航空影像资料进行外业像控测量，再利用Smart3DCapture软件对影像资料进行空中三角测量。设置好空三解算所需要的参数，等待空三的顺利完成。接下来就可以在Reconstruction界面中对所需要的模型区域进行切块处理。
4.5三维建模
提交模型构建并设置好各项参数，Smart3D软件便能够完成三维建模工作，且输出所需的文件格式。倾斜摄影三维建模的流程可概括为：
“原始影像/POS文件/相机文件→空三加密→密集点云→TIN网创建→自动纹理映射→三维场景”，具体实践需要关注基于无人机的倾斜摄影、影像的匀光匀色处理、空中三角测量、自动化建模处理。空中三角测量需要在建模软件中导入POS数据、影像数据、相机参数，以此密集匹配多视角影像特征点和自由网多视影像约束平差解算，区域网模型建设和相对定向可由此完成，进一步依托内业环境完成约束平差解算，即可实现绝对定向。
4.6立体测图
立体测图是建立在三维模型基础上的测图方法，由原来的实地测量转换为立体模型测量，都是根据三维建筑所进行的测图工作。主要由房屋提取、道路提取、植被提取和湖泊提取组成的DLG数据采集，在根据精度要求的基础上，进行重复作业后便能够绘制出一张完整的1：500数字地形图，
4.7精度检查
（1）模型的精细度
在适当的分辨率下，对模型进行多角度缩放旋转观察，并与实验场景进行对比分析。
（2）模型的几何精度
几何精度主要由以下两个评价指标组成：模型的平面精度和高程精度。先在真三维模型上测得检查点的平面坐标值和高程值，再用GNSS.RTK法测得现场检查点的坐标。将外业测量的检查点作为坐标真值，然后计算两者之间的差，并计算误差。对模型的平面精度和高程精度分别进行评价，根据检验点的平面中误差和高程中误差分析判断三维模型的精度。本文随机选取100个房角点、围墙点等特征点进行精度分析。基于外业测量结果与模型量测结果的坐标作对比，并统计平面残差结果。依据摄影测量规范及布设要求，选择的这些检查点基本覆盖整个测区，由房角点、围墙点等特征点组成，且在测区范围内均匀分布，基本满足精度分析的要求。由于检核点精度较高，在进行模型量测精度评定时可采用高精度检测。
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图1建筑物角点平面坐标残差分布
通过分析误差统计发现，平面点位当中误差大小mp=0.056m,最大点位当中的误差大小是62号点的0.116m，通过分容易发现，以模型的建筑物角点坐标为基础测量误差主要分布于2倍误差范围当中，因此测量结果具有较强的可靠性。
5结束语
无人机进行拍摄作业时对所拍摄的物体进行数据收集是通过其航测系统进行的，在数据收集时，航测系统要通过无人机配备的摄像装置，然后系统将收集到的数据进行分析处理，以此得到平时应用的数字正射影像、数字三维模型和数字地形图，这些图像的生成对于了解某地区地形以及相关信息等有着十分巨大的帮助。本篇论文主要通过无人机进行拍摄作业形式进行研究（无人旋翼机倾斜摄像），并对无人机中参与到拍摄作业的航摄系统的组成和特点进行具体叙述，主要研究目的是无人机在参与到大型地图绘制中主要应用到的技术和影响到绘制精准度的原因进行讨论，讨论前文中提到的现如今无人机进行拍摄作业所形成的数据的处理路线以及地形图的绘制过程。为此设置实验，实验的主要目的是对拍摄过程中所产生的数据和绘制出的地形图的精准度以及立体的地形图可以大体达到何种程度进行分析。本篇论文的主要研究有以下三点：
（1）对无人机进行拍摄任务中参与最多的系统进行具体说明，说明内容包括了系统组成、系统功能以及系统运作原理，包括具体组成，航摄系统包含了飞行平台系统、控制系统、数据存储运输系统等。
（2）将无人机进行比例较大的地形图绘制时的运作过程进行说明，且与无人机进行比例较大的地形图绘制所产生的偏差进行结合，对其产生原因进行数据分析和讨论研究。并将研究得到的结果进行总和，得到影响到地形图精准度的具体原因，并对此进行技术方面的改进方案再次研究。
（3）以实际案例为例，对无人机倾斜摄影在摄像数据方面获得的过程进行说明。在此方法中无人机处理数据应用了Smart3DCapture和EPS两种软件，前者被应用到了数据处理中，而后者是对地形图加以绘制，以此制作出符合精度要求的1：500数字地形图。
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