无人机倾斜摄影测量在规划测量中的应用

无人机倾斜摄影测量在规划测量中的应用

武广臣 刘艳 徐甜甜 王雨嘉 刘文成

（辽宁科技学院  辽宁 本溪  117004）

摘要：基于无人机倾斜摄影测量技术，对广州市某监狱工程实施规划条件核实测量，获取工程的数字正射影像、数字线划图和真三维模型。实验结果表明，无人机倾斜摄影测量的平面、高程和间距中误差分别达到±0.052 m、±0.04 m和±0.03 m，满足建筑工程规划竣工测量要求。与传统地面测量方法相比，无人机测量具有更高的效率，获取数据种类更丰富，不失为规划竣工测量的一种新方法，也为规划竣工测量提供了一个新的技术视野。

关键词：倾斜摄影测量；数字正射影像；竣工测量；数字线划图

0引言

无人机测绘是近年来的一个研究热点，随着测量精度的提高，无人机摄影测量技术应用越来越广，许多领域甚至是非测绘领域都采用无人机摄影测量技术作为数据获取手段[1]，如在房地一体测量中，通过无人机摄影测量可以获得更丰富的图形信息和纹理信息，提高测量成果的质量和效率[2]。无人机倾斜摄影测量技术是近年来新兴的一种摄影测量技术，它是采用不同方位五镜头对地面进行摄影测量，获取地面影像信息，生成4D产品，建立三维模型。凭借其快速、灵活、高效特征，无人机倾斜摄影测量在小区域摄影测量中迅速得到应用，解决了传统摄影测量精度不高，真实状态难以反映的缺陷[3]。本文运用结合地面控制的无人机倾斜摄影测量方法进行规划条件核实测量，推算其平面、高程、测距达到的精度，分析其替代常规测绘方法的可行性。

1无人机航摄

1.1无人机测图系统

实验采用哈瓦四旋翼测绘无人机（MEGA V8III），搭载SONY 5100x5五镜头航摄仪，有效像素达1.2亿，最大飞行速度8 m/s，飞行高度3000 m，飞行半径10000 m，有效荷载2.2kg。软件配置包括：航摄任务规划地面控制系统一套（GCS-22EX），南方GPS-RTK后处理软件一套，EPS三维测图和基础测绘版软件一套，Context Capture倾斜摄影后处理软件一套。

1.2像控点布测

实验工程占地约17.4万平方米，根据测区地形特征，采用均匀布点方法，现场布置了5个像控点，采用连续运行卫星定位服务系统测定控制点平面坐标与高程。为了便于全站仪坐标、高程和边长测量检验，相邻像控点之间相互通视。实验选取的平面坐标系统为广州2000平面坐标，高程为1985国家高程基准。

1.3无人机航摄

无人机航摄于2020年9月12日15：00至17：00进行，当日天气晴朗，可见度高，风力0级，适宜于航空摄影测量。飞行航高采用公式（1）计算，其中H为航高，单位为 m，f为镜头的焦距，单位为 mm，a为像素尺寸，单位为 mm；GSD为地面分辨率，单位为 m。实验设定地面分辨率小于0.05 m，根据公式（1），计算无人机飞行相对航高为80~150 m。

（1）

航摄前先将无人机在测区预先设置的起降点组装成功，启动地面站，检查各配件连接无误后接通电源，打开地面工作站的GCS-22EX软件，待无人机获取坐标稳定后，设定航高、航向重叠、旁向重叠、基高比等参数，规划出如图1所示的航线规划图。采用VRS模式连接GZCORS，对无人机航摄影像的位置进行实时监控与修正，哈瓦MEGA V8III多旋翼测绘无人机采用垂直起降的方式起飞，飞行中根据地面站发出的指令沿预先设计的航线飞行，同时对计算得到的曝光点进行定点曝光，完成航摄任务后下载GPS数据，检查数据的完整性和影像质量，确定无误后，完成外业航摄。

图1 航线敷设规划图

2数据处理

2.1数据处理流程

航摄外业结束后，进行内业数据处理。利用获取的五镜头航摄影像，首先进行空中三角测量，然后采集点云和特征提取，点云匹配后生成三维三角网，特征提取平面生成后，构建几何模型，最后利用三维三角网与几何模型生成真三维建筑物模型，最后生成数字正射影像和数字线划图。

2.2空中三角测量

空中三角测量目的是进行控制点加密[4,5]，在外业测量中，利用无人机进行倾斜摄影测量并对像控点进行了严格的选择和布设[6]，然后将像控点坐标导入数据处理软件后，在影像中通过人工交互的方式转刺像控点。应用Context Capture数据处理软件进行空中三角测量自动处理，软件自动识别出特征点，并进行特征点与控制点加密解算，获取特征点的高精度三维坐标，输出空中三角测量的精度报告，包括内外方位元素、镜头畸变参数、区域平差精度等[7]。

2.3影像匀色处理

对拼接的影像进行色度、亮度和饱和度调整，通过匀色处理使影像色调均匀、反差适宜、图像地类层次分明，地物色彩保持原色，没有明显的匀色处理痕迹。人工检查影像质量，对影像中存在的模糊、脏斑、扭曲、划痕等局部噪声问题，分析可能成因并进行二次处理。

2.4生成数字表面模型

无人机航测数据经空中三角测量处理后，得到影像高精度的外方位元素和海量初始匹配点云，再结合影像的高航向、旁向重叠度，运用匹配算法得到像素级匹配点，最终获得地形地貌点云，经密集点云三角构网、纹理贴图，生成该监狱建筑三维模型（图2（a））。数字表面模型生成以后，通过倾斜三维模型生成正射影像（图2（b））。

（a）数字表面模型                        （b）数字正射影像

图2 三维模型和正射影像

3精度分析

实验工程规划条件核实测量主要是确定建筑物主体部分点位坐标，以及主要点之间的水平距离。为了检验无人机倾斜摄影测量精度，采用全站仪实测核实点位的坐标、高程以及边长，并与无人机测量结果进行对比，实现无人机测量精度检验。实验工程规划条件核实测量要求点位平面、高程精度较差±0.100 m，间距较差±0.040 m，实验中选取平面检测点30个，高程检测点5个，间距检测点15个。

表1 无人机与全站仪测图点位检测精度统计（单位：m）

注：表中坐标数据加密，中间点做了坐标省略处理。

表2无人机测图高程检测精度统计（单位：m）

       注：表中高程已做加密处理。

表3 无人机测图间距检测精度统计（单位：m）

分析表1、表2可知，无人机倾斜摄影测量获取的平面和高程较差均在限差范围内，3号边A-A间距较差超限，其它边均满足限差要求。运用中误差计算公式[8]，计算检测点的平面、高程和间距中误差，分别为±0.052 m、±0.04 m、±0.03 m，满足建筑工程规划竣工测量要求。

4结束语

本文通过采用无人机倾斜测量对实验工程进行规划条件核实测量，通过外业航摄和内业数据处理，获取数字正射影像、数字线划图和三维模型。无人机倾斜摄影测量平面和高程精度均满足规划竣工测量要求，间距精度存在不稳定性，但三者测量中误差满足精度要求，因此一定程度上可以替代传统地面数字测图方法，为规划竣工测量提供了一种新的技术解决方案。与传统竣工测量方法相比，无人机倾斜摄影测量具有更灵活、更便捷、更高效等优势，具有很高的应用推广价值。

参考文献

[1]南天.无人机倾斜摄影及自动三维建模技术在地质灾害应急测绘中的应用-以三明市妙元山为例[J].测绘与空间地理信息,2019,42(3):182-184.

[2]高叶,韦福秀.消费型倾斜无人机摄影测量技术在房地一体中的应用[J].矿山测量,2021,49(2):85-88.

[3]于丽丽.基于无人机倾斜摄影测量技术的城市三维实景建模研究[J].测绘与空间地理信息,2021,44(5):86-88.

[4]王朝晖,吴昊,孟将.无人机倾斜摄影像控布点方案研究及精度分析[J].测绘通报,2021(5):102-105,110.

[5]邹小香,李伟,李熠.解析空中三角测量及其发展[J].江西测绘,2012(1):56-57,60.

[6]原明超，仇俊．无人机倾斜摄影测量在三维模型测图中的应用［J］．测绘通报，2020(7):116-119．

[7]朱晓康,魏景帅.1:500免像控无人机航测技术应用研究[J].地理空间信息,2019,17(2):22-26.

[8]中华人民共和国建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.工程测量规范:GB50026-2007[S].北京:中国计划出版社,2007.

支持项目：本溪市2023年度科技创新课题（名称：本溪市林农地纹理分类方法研究，项目编号：ΒΚΖΗ2301）