探析无人机倾斜摄影测量在 1:500地形图测绘中的应用

探析无人机倾斜摄影测量在 1:500地形图测绘中的应用

王梦勇

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摘要：本文介绍了一种新型的基于无人机的倾角测绘方法，它为大比例尺地形图的测绘开辟了一条新途径。文章通过对1:500地形图测绘工程实例的分析，阐述了利用专用造型与制图软件建立地形图的工艺步骤。该方案利用内部和外部合作，把原来繁琐的现场调查转为内部调查，减轻了现场工人的工作强度。与常规测量方式比较，这种测量方式极大地改善了野外测量工作的工作效率，在工程实践中有着广泛的应用和推广价值。

关键词：无人机；倾斜摄影测量；地形图

引言：利用无人机俯仰成像进行大尺度地形图的绘制，能够较好的判定和辨识出点位上可能出现的误差，进而利用该方法对地形图进行测量，从而检验所测地形的可行性与精度。在这样的条件下，对大比例尺地形图进行无人机斜视成像是十分必要的。

一、无人机倾斜摄影技术简析

（一）应用价值

无人机俯仰角成像是一种极具实用意义的方法。当前，我国的“数字城市”建设正处于高速发展阶段，而这离不开空间地理信息支撑，因此需要对大比例尺地图进行快速采集。而常规的地形图测绘方式因其自身的局限性而不能被忽视，造成其工作效率低下、耗时较久、造价较高。而在此过程中，也出现了一种新的、具有自主知识产权的、具有自主知识产权的立体视觉系统。本项目提出一种基于三维立体影像的三维空间建模方法，通过对三维立体影像进行建模，从而可以在较短的时间内完成对三维空间的描述。该系统以其效率高、费用低廉、资料精确、作业方便、作业方便等优点，能适应科研、测绘等各方面的需要。

（二）应用优越性

利用无人机进行俯仰角拍摄的优点是明显的。总的来说，在国内，由于无人驾驶飞机的快速发展，使得无人驾驶飞机的竖向拍摄以及与之相适应的斜成像被日益普遍地采用。其中，相对于传统的无人机立体成像，该方法能够获取多个视角的高分辨影像，构建三维立体模型，有利于数字化城市的构建、治理以及应急抢险等领域的应用。由于采用了基于三维建模方法的三维建模方法，可以对三维模型进行三维建模，从而实现了对三维模型的三维测绘，从而使其在小型地图测绘中具有重要的实用价值。

（三）基本原理

在进行无人机俯仰角成像时，需要遵守一定的理论基础。该方法通过将多个摄像机置于一个无人驾驶的飞机上，实现对多个方位的高分辨成像。通过与无人机所携带的系统相配合，可以实现对无人机的数据与影像的采集。利用相应的软件对无人机进行倾斜成像，获得了数码曲面、数码正像以及三维模型的拍摄数据。本项目提出一种面向物体的多视角立体匹配方法，能够根据实际场景中的纹理信息构建出三维物体的三维实体，有望取得较好的视觉效果。

（四）关键技术

无倾角影像的使用离不开核心技术的支撑。一般来说，无人机斜视成像可以实现非受限的面积网调整、带限制的面网调整以及斜影像的直方定位。由于其自身的优势，如对地表目标的几何形变、空间分辨率的改变等。实验结果表明，该算法能较好地实现图像的匹配。通过对倾斜影像进行近距离拼接，可以获得高质量、高密度点云，是构建三维模型的重要手段。

二、基于倾斜摄影生成三维模型测绘地形图的流程

在进行三维建模的过程中，重点解决了影像控制点与座标的合理布置、无人机斜影像采集、三维建模、地形建模等关键问题。

三、无人机倾斜摄影测量

（一）外业数据获取

本课题拟采用 DJI Spirit 4型 RTK (DJI Spirit 4型 RTK)，在70米的高空（70米），航线重合比例为80%，侧向重合比例为70%。将前、后、左、右、底各采集图像资料。

（二）数据处理流程

本文介绍了一种新的三维造型技术，它包括了三维数据采集、斜投影数据的预处理、多角度图像的配准、三角网格的构建、材质贴合、最后生成高精度三维模型等。目前，智能3D系统是目前最主要的自动化造型软件。

采用野外观测的方法，将测量的高程等参数（包括 POS的4 D RTK照片）输入到该系统中，实现了三维模型的自动生成。在三维造型和三维 TIN的纹理运算方面，该系统无需人为的介入。

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空三处理

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采用Smart3D软件引入影像（含 POS资料），进行特征点的抽取，再进行同名、对应方位、匹配为连通点、面积网调整等一系列操作过程，获得符合摄区要求的空三结果。

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密集点云生成

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利用航空三坐标系对所获取的影像进行特征点的处理，得到高密度点云。

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构建TIN网模型

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模型化的运算量相对较大。将采集的范围划分成 N个单元，以加快采集的速度。TIN网路可以被迅速地建立起来，以便在各个模组内建立一个更精确的网路。

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自动纹理映射

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在此基础上，对三维网格进行了一种新的纹理贴图处理，从而实现了三维建模。此模式能以 OBJ、 OSGB等形式输出，并被引入到各大软件平台，方便用户浏览。

（三）三维模型矢量化采集

iData三维是一个以数据采集、成图、数据入库、产品制作、作业管理为核心的三维空间数据处理平台。该系统能在真实场景下完成大规模地图测绘工作。

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数据采集

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iData DataFactory利用大量的点云和倾斜的3D建模数据，通过点云或者 DSM来实现 DLG的 DLG。该系统不但使用方便，而且符合地理信息系统的存储需求。

iData能将Smart3D中的 Ogb/S3c文件中的 Ogb/S3c文件作为对角度三维建模，也可以通过 Ogb文件的 Ogb文件进行读取和显示。在这篇文章中，我们采用了一个倾斜三维模型来采集资料。

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iData 3D数据采集模式

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（1）矢量数据提取

iData3D以 iData资料工厂为基础，具备2 D及3 D作业环境.利用成图软件实现了建筑物的三维曲面，其中包含了点状和线状特征，具有较高的精度。

（2）直角绘房

这个特性一般应用在比较平整的墙面上。如果要画出一个直角的房子，使用者只要把任意两个点放在一面墙上，再把另外一面墙上任意一点（即房子的三个角）取出来，所有的顶点都是90度。

如果某一面墙与另一面墙不正交，这个面叫做非直角壁。在画一个屋子时，你可以选取一个非直角墙壁上的任意一点做为墙壁。首先，画出其它直角的墙壁，来创造出一栋房子的外观。再一次利用直角图形库指令精确地画出不是直角的墙壁表面。另外一些想象中的墙则构成了这个密闭空间的另一面。最终，将前一个住宅的正面切成两半，然后将不垂直的墙面切成两半。该算法相对于一张一张的房子平面图，降低了人工测量误差，提高了测量精度。

除上述透过墙搜集建筑之侧，亦可透过观察建筑而搜集各侧，并以垂直角度画出住宅。再一次，在一条边和另外两条边各取一点。

（3）高程点采集

iData3D能够在三维模型上直接采集高度点。设置点位时，必须选取无植物遮挡的硬质地面或无植物遮挡的空地，并按图样等高线采集。

（4）赋予编码

iData具有独立的词典能力，而且不需要记忆全部的 cass代码。

结论：本文研究了一种适用于多源遥感影像的三维模型构建方法。本课题研究表明，基于三维建模的地形建模技术在现场作业量、作业复杂度及绘制时间等方面均有显著优势。从计算精度上讲，光秃表面能达到1:500标准的平、高差。如何提高成像质量，提高三维建模的准确性，提高向量获取的速率，都有待于深入研究。

参考文献：

[1]唐治海.无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图中的应用[J].江西测绘,2020(03):32-35+39.

[2]戴金荣.无人机倾斜摄影测量在1:500地形图测绘中的应用[J].经纬天地,2020(04):30-34.

[3]周世涛,李照宇.无人机倾斜摄影测量在1:500大比例尺地形图中的应用[J].经纬天地,2020(03):77-81.