竣工测量地形图中倾斜摄影测量技术的运用.docx

竣工测量地形图中倾斜摄影测量技术的运用倾斜摄影测量技术避免了传统航测遥感影响只能从垂直方向进行拍摄的限制，利用多台传感器从不同的角度对数据进行采集，生成实景三维模型，真实可靠地反映地面的客观情况文献[2][3][10]运用倾斜摄影测量技术生产1∶500大比例尺地形图且成果满足相关规范的要求竣工测量地形图的主要地物点点位中误差不应大于50mm，高程点中误差不应大于40mm[1]，现有的生产1∶500大比例尺地形图的技术和方法难以满足竣工测量地形图的要求，本文针对影响倾斜摄影测量精度的因素，通过一系列的生产实践经验的总结，提出了竣工测量地形图生产方法，并结合实例验证该方法生产的地形图可满足竣工测量精度的要求1、影响倾斜摄影测量精度的因素1.1无人机和倾斜相机相机在拍摄工作过程中，由于飞行器自身或受风的影响发生摆动，使得相机在曝光过程中，被拍摄物体和感光元件之间存在高速的相对运动，导致成像模糊，产生影像位移，影响影像的质量，影响后期数据处理且空三精度难以保证，因此需要选择机体稳定且抗风能力强的飞行器文中数据生产采用工业级四轴八旋翼无人机，抗风等级7级，确保相机在拍摄过程中的稳定倾斜相机由4个SONYRX1RM2相机和1个SONY5100相机组成，相机位置采用马耳他十字结构，1个下视镜头和4个倾斜镜头。

经模拟测试，人眼对立面纹理视觉感知与相机倾角40°—50°拍摄的影像接近[8]，倾斜相机的倾斜角设置为45°，相机总有效像素1.92亿像素1.2相机畸变检校无人机搭载相机为非量测数码相机，相机有较大的镜头畸变，最大变形可达20—40像素[6]，难以满足大比例尺测图精度要求畸变会使物点、投影中心、像点三点不共线，同名光线不再相交，空间后方交会精度降低，重建物体的几何模型变形，影像测图精度事前畸变差纠正与相机自检校在平面精度和高程精度上相差不大[6]，相机自检校方便快捷，有着更高的工作效率优势SMART3D软件具有较好的相机自检校功能，文中数据处理软件选用SMART3D软件1.3主要航摄参数设计1.3.1分辨率由低空航空摄影规范中对测图比例尺与地面分辨率值的规定(见表1)可知，分辨率直接关系到测图精度指标文献[2][3][10]分别采用1.95cm、2.19cm、2cm地面分辨率影像制作三维模型生产1∶500大比例尺地形图，且精度满足规范要求为了获取高精度数据以达到竣工测量地形图的要求，文中实测数据采用1.5cm地面分辨率进行外业航摄数据拍摄表1地面分辨率1.3.2重叠率重叠率是航摄参数设计中的一个重要因素，重叠率直接决定空中三角测量精度和三维模型质量。

大比尺地形图航测通常采用航向重叠率75%—80%，旁向重叠率70%—75%为了保证测区边缘数据重叠度，模型不会因为重叠度不够而被拉花，考虑到相机倾斜角度为45°，因此，应当至少保证作业范围在测区范围基础上外扩一个航高的水平距离1.4差分GPS低空无人机航测技术存在着很多技术短板，GPS辅助空中三角测量是低空无人机航测技术研究的突破口之一差分GPS技术的应用可大幅提高无人机作业的精度和效率文献[4]采用差分GPS数据和飞控系统GPS数据分别进行空中三角测量解算，比较两者空三成果精度，结果表明，差分GPS空三加密成果远优于飞控系统GPS空三加密成果，差分GPS辅助光束法区域网平差的高程精度提升明显使用无人机进行大比例尺航摄时，应尽量选用带差分GPS设备的无人机平台1.5测图软件目前，市场上基于实景三维模型进行“裸眼”测图软件可以分成两类:一类是在实景三维模型上测图精度完全依赖于模型的质量;另一类是以实景三维模型为主，辅以空三数据和原始照片本文中采用的DP-Modeler(下文中简称DP)软件属于后者，该软件导入实景三维模型的同时可以导入空三成果和原始照片，在利用模型测图的过程中，利用空三成果和照片数据进行辅助测量，通过照片数据调整点位保证数据的准确性，提高测图的精度。

2、倾斜摄影竣工测量图工艺流程为了保证竣工测量图的精度，需要测图各个环节的紧密配合，其工艺流程和传统航空摄影测量流程相似，主要流程如图1所示图1作业流程图1)收集资料，设计参数收集测区资料，确定平面坐标系统和高程基准按照上文1.1所述，选取无人机和倾斜相机设计相控点点位，一般情况下按100—150m布设一个平高控制点，航摄参数设计，地面分辨率1.5cm，航向重叠率75%—80%，旁向重叠率70%—75%，对于建筑密度大的区域重叠率应选取较大参数，根据地面分辨率、重叠率、无人机飞行速度计算航高和影像拍摄间隔2)外业数据采集按照相控点点位设计，实地布设点位并采集点位坐标，点位采用高黏布基胶带或油漆制作L形标记，标记宽度不小于10cm，标记的颜色应与地面颜色形成反差，通常采用白色或红色标记按照航摄技术参数设计，对测区进行外业航拍工作3)内业数据处理将照片数据和差分后的POS数据导入到SMART3D中，由软件自动进行特征点提取、匹配、平差后，人工加入像控点重新平差后生成点云，建立实景三维模型采用多机联机集群运算的方式能有效缩短数据处理时间将空三数据、照片数据、实景三维模型导入到DP-Modeler软件中进行地形图测量工作，采集点位时应结合空三和图片数据，对点位进行微调确保数据的准确，采用图片辅助采集点位的方法能有效提高点位精度。

4)外业补测和外业调查通过倾斜摄影获取的多视角影像来生产模型，即Mesh(三角网)模型通过模型采集的高程数据实际是三角网模型的内插值，根据实际的生产经验由模型采集的高程数据难以达到《城市测量规范》对主要建筑物细部点高程中误差不超过4cm的要求，因此，本文在生产竣工测量地形图的过程中采用以倾斜摄影测量技术为主生产平面坐标数据和一般地物点的高程数据，以外业补测为辅的实测建(构)筑物的高程数据以及室内地坪高等地面上的井盖类型无法从模型中获取，需要通过外业实地调查补充属性数据5)成果随机抽取主要构筑物的房角点或特征点以及高程点采用全站仪测量平面和高程数据，将该数据与DP-Modeler软件中测量数据进行比较，按照高精度评定计算方式计算评定精度精度符合规范要求后，按照竣工测量地形图要求整饰图形3、实验与结果分析3.1项目概况项目为某小学竣工测量，测区使用四轴多旋翼无人机搭载五镜头相机以及差分GPS，设计航高116m，航向重叠率75%，旁向重叠率70%，航空像片数量225×5张，地面分辨率1.5cm采用SMART3D软件完成测区空中三角测量、实景三维模型生产，生成OSGB格式的模型通过格式转换工具生成．osg数据和空三数据以及照片导入到Dpmodeler软件中，按照竣工测量要求完成地理要素的采集，生成竣工测量地形图。

3.2地形图精度评定完成测图工作后，从随机选取30个构筑物房角点和20个高程特征点，利用全站仪分别对选取的平面和高程点进行实地测量将实地测量数据与图上测量数据进行对比，中误差按照《测绘成果质量检查与验收》第4.3.6条要求采用高精度检测，平面和高程误差统计见表2、表3表2平面点位误差(单位:m)表3高程误差3.3结果分析1)通过对3.2精度统计结果分析，本文数据的精度较文献[2][3][10]数据精度有点明显提高，表明本文在改进倾斜摄影测量精度方向上是正确的2)由表2可知点号29误差值超过2倍中误差值即0.1m，将其视为粗差值剔除不参与中误差计算，粗差率不大于5%，粗差剔除后，表2中点位最大误差绝对值0.080m，最小误差绝对值为0.009m，平面中误差0.046m由表3可知，高程点点位最大误差绝对值为0.072m，最小误差绝对值为0.029m，高程中误差0.048m根据《城市测量规范》9.9.4要求，竣工测量地形图的主要地物点相对邻近图根点的点位中误差不应大于0.05m，高程点相对邻近图根点的高程中误差不应大于0.04m，采用倾斜摄影测量技术生产的平面坐标数据能满足规范的要求，高程数据能满足规范对一般地物点高程数据的要求，因此，采用倾斜摄影技术为主、外业补测主要地物点的高程数据为辅的技术方法能满足规范的要求。

4、结束语采用倾斜摄影测量技术进行竣工测量地形图测绘，与其他大比例尺测图相比，对无人机、倾斜相机、POS数据精度、航摄参数、相关软件都有较高要求，需要各个环节达到要求才能提高测图精度本文从影响倾斜摄影测量技术精度的因素入手，提高实景三维模型的精度，采用倾斜摄影测量技术为主、外业补测为辅的技术方法，实测结果表明成果精度达到了竣工测量地形图规范的要求但是在实际的生产过程中也存在一些问题，简述如下:1)本文实验中所用相机为非量测相机，由于受到条件限制，拍摄影像前没有做精确的检校，对模型成果精度有一定影响2)采用DP-Modeler软件测图，为了保证数据的精度，需要在DP中调用点位各个角度的照片数据，牺牲了测图效率3)倾斜摄影测量技术应用于大范围竣工地形图测量中更能体现其生产效率，文中实景三维模型实测高程数据无法达到竣工测量中主要地物点的高程精度，需要外业补测，增大了外业工作量参考文献：[1]北京市测绘设计研究院.城市测量规范:CJJ/T8—2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.[2]曾衍伟,谭明建,唐翼德,等.测绘成果质量检查与验收:GB/T24356—2009[S].北京:中国标准出版社,2009.[3]徐思奇,黄先锋.倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].测绘通报,2018(2):111-115.[4]柳静.无人机倾斜摄影测量三维模型绘制大比例尺地形图精度研究[D].西安:西安科技大学,2015.[5]吴波涛,刘斌,李云帆,等.差分GPS无人机航测技术测试及分析[J].长江科学院院报,2017,34(1):142-144,154.[6]贾继堂,郑凯迪,曹雪娟,等.机载DGPS与飞控系统GPS辅助空中三角测量精度对比分析[J]测绘通报,2017(S1):11-14.[7]庄利有,方德涛,刘珊珊,等.提高非量测相机高程精度关键技术分析[J].测绘通报,2018(7):133-136.[8]田雷,马然.无人机非量测相机检校方法研究[J].测绘通报,2016(7):81-3.[9]桂德竹,林宗坚,张成成.倾斜航空影像的城市建筑物三维模型构建研究.测绘科学,2012,37(4):140-142.[10]黄健,王继.多视角影像自动化实景三维建模的生产与应用[J].测绘通报,2016(4):75-78.[11]王春敏.无人机倾斜测量技术在大比例尺地形测绘中的应用研究[J].测绘,2018,41(2):86-88.王恒.倾斜摄影测量技术在竣工测量地形图中的应用研究[J].测绘与空间地理信息,2020(10):188-190+194.。