无人机倾斜摄影应用于大比例尺测图方案的研究

无人机倾斜摄影应用于大比例尺测图方案的研究

王琦1景跃全2陈雪娇1

1.吉林省航测遥感院吉林长春130051；2.自然资源部第三航测遥感院四川成都610100

摘要：文中阐述了无人机倾斜摄影应用于大比例尺测图的发展及应用，与传统测图进行了对比，无人机倾斜摄影进行大比例尺测图适用性更灵活、更快捷、成本更低。

关键词：大比例尺测图；无人机；倾斜摄影

ResearchontheApplicationofUAVTiltPhotographyinLargeScaleMapping

WANGQi1，JINGYue-quan2，CHENXue-jiao1

（1.AerialRemoteSensingInstituteofJilinProvince，Changchun130051，China；

2.TheThirdInstituteofphotogrammetryandRemoteSensingMinistryofNaturalResources，Chengdu，610100，Sichuan）

Abstract：ThispaperdescribesthedevelopmentandapplicationofUAVtiltphotographyinlarge-scalemapping.Comparedwithtraditionalmapping，UAVtiltphotographyismoreflexible，fasterandcheaperforlarge-scalemapping.

Keywords：large-scalemapping；UAV；tiltphotography

引言

随着国家经济的快速发展，城乡规划，基础设施建设，自然资源调查等行业大比例尺测绘项目越来越多。目前技术手段主要是全野外测图和传统垂直摄影测量。全野外测图方式耗时耗力，效益低。垂直摄影测量生产流程中预更新是在屏闪立体环境下采集，从正摄角度定位和辨识地物信息，需外业人员耗费大量工时调绘地物属性、改正房檐等，正摄影像投影和地物遮挡还需要大量的修补测工作。在外业人工成本日益上涨，地理信息要素内容方面需求不断增加的趋势下，传统作业手段已经很难满足市场需求，无人机倾斜摄影进行大比例尺测图具有低成本、低风险、易实施、适合测区范围小、成图周期短的特点。本文介绍以35平方公里面积为例的航飞，像片控制测量，三维模型数据生产，1：500地形图生产，包括内业数据采集、外业实地调绘、数据编辑整理等工作。由于倾斜摄影技术还在发展，具有一些限制条件，仍需进一步的探索。

1项目实施过程中的使用设备及设计

1.1使用的设备

1.1.1飞行平台

航空摄影飞机：AS350

1.1.2数字航摄仪

本次使用RCD30obliquepenta倾斜数码航空摄影仪。针对三维城市模型应用，徕卡RCD30倾斜相机有许多独特的优势：多方向像移补偿可以获得极高的图像质量；用于摄影测量的加固型设计，具有很高几何精度；镜头安装在徕卡PAV80陀螺稳定平台中；控制器CC32带有集成的GNSS/IMU系统；从任务计划到后处理的完整工作流程；极小曝光间隔支持大重叠度飞行。

1.1.3GPS/IMU系统

RCD30obliquepenta系统自带的高精度动态测量型GPS，并刚性内置高精度NUS-5型IMU。

1.1.4数据处理设备

内业数据处理的软件包括IPAS_TC、IPAS_CO、Framepro、Photoshop等软件。

1.2航摄设计

1.2.1航摄范围覆盖

倾斜航空摄影为了保证测区的边缘覆盖，必须保证测区边缘区域倾斜视角影像的覆盖率。针对RCD30obliquepenta倾斜数码航空摄影仪，设计时航向安全因子选定为150%，旁向安全因子选定为100%。

1.2.2航线设计

根据测区范围、测区高程数据，使用航线设计软件，结合测区最低点及最高点高程进行航线设计。具体要求如下：基于摄区DEM进行航摄设计时，计算出城区基准面高程，以获得更优秀的原始影像；航向重叠度优于75%，旁向重叠度优于70%；在设计时，充分考虑了最高点重叠要求，最高点考虑地形高点以及高大建筑物，以保证高大建筑物顶端建模精细程度。

以上设计原则完全满足项目技术要求，根据实际地形最高点高程及分布，结合测区气候条件，最大限度合理满足用户对航摄成果的要求。测区内的绝对航高、航向及旁向重叠度、航线间隔、航线条数、航线长度、基准面GSD、像片数等见航摄因子表。

2像控部分

2.1技术方案

利用网络影像结合航拍航线设计略图资料，开展像片控制点布设，在航拍前外业制作控制点标志，然后采用网络RTK作业方式开展像控制点量测，收到航飞影像后制作点位信息表，形成像控成果。

2.1布点方案的对比

1）传统布控10~20条基线布设，隔3条航线布设像控点，按照此方法布点，总点数约1100个。

2）带差分的无人机航飞，像控布点约每平方千米均匀布设10~15个点，按照此方法布点，总点数约350~520个。

3）本次项目用的是大飞机，搭乘的是徕卡RCD30obliquepenta，系统自带的高精度动态测量型GPS，并刚性内置高精度NUS-5型IMU，每平方千米布设2~4个点即可满足精度要求。

3实景三维建模

将倾斜摄影获取5个视角的倾斜影像、POS数据以及相机属性信息导入实景三维建模软件ContextCapture中，经全自动的影像特征点提取后进行构网平差，再引入野外像片控制点成果，经反复平差、调整，开展空中三角测量，解算出满足精度要求的影像的外方位元素，基于空中三角测量成果，在ContextCapture软件中，经测区分块、像对筛选、点云计算、点云构网、纹理映射、漏洞修复等操作，完成测区三维实景模型成果的生产。

4地形图生产

4.1技术方案

1）根据《航内规范》、《图式》结合《数据标准代码》要求采集地形、地貌要素及属性。

2）在三维模型上采集房屋及相关地物并测注高层房屋的房顶高和地面高程；在立体环境下采集除三维模型上采集外的其它要素。

3）将立体采集要素和和三维模型采集要素合并后进行粗编辑，形成预更新数据，并制作电子调绘底图。

4）将立体上采集的要素，转入三维模型中进行内业判调，完成判调后，开展外业实地调绘，三维模型判调数据当做补测数据。

5）按照三维判调数据及外业实地调绘数据修改整理预更新数据，经过内业编辑、数据建库，形成地形图成果。

4.2EPS采集

1）外业无需房檐

在eps软件里面，模型可以360°旋转，房屋的立面以及侧面纹理都是非常清楚，采集房子可以采集房屋墙体，也可以分辨楼层数、房屋结构、阳台、飘楼等等，可以大大的减少外业工作量，最重要的是可以保证测图精度，减少人为误差。

2）外业无需实测高程点

在eps软件里面采集高程点，与立测方式比较最大的区别就是减少了人为误差，高程点的精度取决于三维模型的精度，使用倾斜摄影的方式，完全能够1：500实测精度。

3）可以采集遮挡部分的地物

通过立测方式，树、高楼等遮挡严重的地物，无法采集，需要调绘人员实地调绘或者补测。通过三维的方式，会很大程度的减少这个问题。

4.3电子调绘

通过预更新成果，套合正射影像，输出tif、tfw文件，制作成调绘底图，把调绘底图导入我院研发的平板调绘系统，前往实地调绘。

4.4编辑成图

经过外业调绘后的粗编辑成果为基础，按照《图式》要求结合《数据标准代码》使用DGES2006软件编辑成图。

4.4OneDataPro数据建库

利用OneDataPro软件中的数据转换工具对AtuoCAD格式数据进行建库处理，把DWG图形数据转成MDB数据。

5倾斜摄影生产地形图的优势

1）带有差分GPS的无人机系统，可以有效的减少像控。

2）比立体采集地物精度高、更全面。

3）外业作业强度要减轻很多，无需房檐改正、高程点实测、减少补测工作量等；

4）整体作业周期会缩短。

5）整体作业成本会下降，主要降低外业作业成本

6）外业作业受天气影响较大，经常因天气原因耗费作业时间、外业经费，可以大大缩短外业作业时间。

6结束语

无人机倾斜摄影的大比例尺地形图生产兼顾了效率和成本，技术流程易掌握，较高程度减少外业工作量，且能解决传统测量方式很难完成的一些地理信息数据采集途径，应用前景广阔。

参考文献

[1]1：5001：10001：2000地形图航空摄影测量数字化测图规范.北京：中国标准出版社，2008.

[2]国家基本比例尺地图图示第1部分：1：5001：10001：2000地形图图示.北京：中国标准出版社，2007.

[3]三维地理信息模型数据产品规范.北京：测绘出版社，2012.

作者简介

王琦（1964-），男，高级工程师，现工作于吉林省地理信息工程院，主要从事摄影测量、遥感、工程测量等方面的技术质量工作