摘要：低空高分辨率傾斜攝影測(cè)量是近年來(lái)興起的一項(xiàng)熱門(mén)技術(shù)，以廣州市白云區(qū)鐘落潭鎮(zhèn)馬瀝村大比例尺測(cè)圖為例，介紹運(yùn)用低空高分辨率傾斜攝影建模與大比例尺測(cè)圖技術(shù)。在大比例尺地形圖測(cè)繪方面，相較于傳統(tǒng)航測(cè)和人工測(cè)圖技術(shù)，該方法具有減少外業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，外業(yè)采集更自主、更高效的優(yōu)勢(shì)，為城市密集區(qū)域地籍調(diào)查、農(nóng)村土地確權(quán)、國(guó)土規(guī)劃用圖等領(lǐng)域以及在其他不方便外業(yè)人員作業(yè)的山區(qū)、高危地勢(shì)地區(qū)開(kāi)展大比例尺測(cè)圖提供參考。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影低空高分辨率大比例尺測(cè)圖應(yīng)用

ApplicationofLow-AltitudeObliquePhotogrammetryintheLarge-ScaleTopographicalMappingofMaliVillage

CAIXiaozhenXIAZhen

（GuangdongProvincialLandResourceSurveyingandMappingInstitute，GuangZhou，GuangdongProvince，515000China）

Abstract：Low-altitudehigh-resolutionobliquephotogrammetryisapopulartechnologythathasemergedinrecentyears.Withthelarge-scaletopographicalmappingofMaliVillage，ZhongluotanTown，BaiyunDistrict，GuangzhouCityasanexample，thispaperintroducestheuseoflow-altitudehigh-resolutionobliquephotogrammetryformodelingandthelarge-scaletopographicalmappingtechnology.Inthemappingoflarge-scaletopographicalmaps，comparedwithtraditionalaerialsurveyandmanualmappingtechnologies，thismethodhastheadvantagesofreducingthelaborintensityoffieldworkersandmakingfieldcollectionmoreindependentandefficient，whichprovidesareferenceforcarryingoutlarge-scaletopographicalmappinginthefieldsofcadastralsurveyinurbanintensiveareas，rurallandownershipconfirmationandlandplanningmapping，aswellasothermountainousareasandhigh-riskterrainareaswhereitisinconvenientforfieldworkerstooperate.

KeyWords：Obliquephotogrammetry;Lowaltitudeandhighresolution；Large-scaletopographicalmap;Application

大比例尺地形圖測(cè)繪是測(cè)繪領(lǐng)域一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，也是自然資源管理、工程建設(shè)、國(guó)防安全等領(lǐng)域重要的基本資料，其獲取方法歷來(lái)就是測(cè)繪地理信息領(lǐng)域重要的研究課題[1-2]。大比例尺測(cè)圖的方法經(jīng)歷了傳統(tǒng)的白紙測(cè)圖、數(shù)字化電子速測(cè)儀測(cè)圖、中小比例尺航空攝影測(cè)量測(cè)圖、計(jì)算機(jī)地圖制圖等不同的階段[3-4]，勞動(dòng)強(qiáng)度和成圖質(zhì)量都得到極大程度的提高。通過(guò)攝影測(cè)量、激光點(diǎn)云、三維建模等方式化傳統(tǒng)外業(yè)為“內(nèi)業(yè)為主，外業(yè)為輔”的工作模式，進(jìn)一步降低工作強(qiáng)度，解放勞動(dòng)生產(chǎn)力，仍然是重要的研究課題。

低空高分辨率傾斜攝影是一項(xiàng)新興測(cè)繪技術(shù)，實(shí)施的方式有多種，但以無(wú)人機(jī)傾斜攝影的方式開(kāi)展仍是當(dāng)前的主流方式，它不僅可以用來(lái)進(jìn)行大比例尺測(cè)圖等工程化應(yīng)用，還能應(yīng)用在河流流量估算等科學(xué)研究領(lǐng)域[5-7]。低空無(wú)人機(jī)航空攝影設(shè)備普遍具有體積小、重量輕、易于搭載多型傳感器、飛行高度低、分辨率高、精度可靠，數(shù)據(jù)處理軟件效率高的優(yōu)勢(shì)[8-9]，可以有效提升傳統(tǒng)地形圖測(cè)繪的工作效率。當(dāng)前利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影方式進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪，對(duì)高大建筑物、地物遮擋區(qū)等部位測(cè)量仍具有一定局限，本文就如何利用低空無(wú)人機(jī)航空攝影數(shù)據(jù)建立實(shí)景三維模型，制作真正射影像（TDOM），消除高大建筑物等地形遮蔽，快速獲取大比例尺地籍地形圖（1∶500）做技術(shù)探討，其方法可為低空無(wú)人機(jī)地形圖制作提供參考借鑒。

1研究概況與任務(wù)概括

本文選取馬瀝村作為研究區(qū)域。該區(qū)域位于廣州市白云區(qū)鐘落潭鎮(zhèn)，地處珠三角平原區(qū)，農(nóng)村建筑物相對(duì)密集、部分區(qū)域有高層建筑，地形特征有代表性，同時(shí)該區(qū)域無(wú)禁飛區(qū)，有利于低空航攝工作開(kāi)展，其測(cè)區(qū)范圍如圖1所示。

在組織實(shí)施方面，飛行技術(shù)人員及外業(yè)測(cè)量人員2人，內(nèi)業(yè)編輯人員10人。本研究采用旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空數(shù)據(jù)采集，利用多個(gè)起降架次完成測(cè)區(qū)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的覆蓋。其所涉及的航攝設(shè)備情況如表1所示。

以業(yè)界領(lǐng)先的ContextCapture進(jìn)行影像數(shù)據(jù)處理，先構(gòu)建立體模型，產(chǎn)生OSGB格式的實(shí)景三維模型、真正射影像，再以交互式方式采集點(diǎn)、線、面等矢量要素，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)地形圖圖例樣式生產(chǎn)地形圖。

2技術(shù)路線

技術(shù)路線是開(kāi)展技術(shù)研究的核心步驟的集合。本文的技術(shù)路線主要分?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、成果輸出、地形圖制作、精度檢驗(yàn)和成果提交6個(gè)階段開(kāi)展工作。

3項(xiàng)目實(shí)施

3.1數(shù)據(jù)采集

本次任務(wù)區(qū)共計(jì)1.5km2，通過(guò)傾斜攝影方式獲取3.3萬(wàn)張高清照片，對(duì)應(yīng)的POS記錄齊全，影像層次清晰，無(wú)嚴(yán)重扭曲變形的問(wèn)題。設(shè)計(jì)地面分辨率為0.2m，考慮到需要外擴(kuò)一定范圍，選擇晴天、通視條件良好的天氣，13個(gè)架次分2d完成航攝，具體的航攝參數(shù)如表2所示。

3.2控制點(diǎn)與檢核點(diǎn)選取

控制點(diǎn)資料為外業(yè)人員在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)獲取30個(gè)點(diǎn)位的像控信息，坐標(biāo)系為CGCS2000。其中，23個(gè)點(diǎn)作為空三加密的像控點(diǎn)，另外7個(gè)點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，用來(lái)對(duì)三維模型成果精度進(jìn)行檢查。為驗(yàn)證內(nèi)業(yè)采集獲取的地形圖成果的精度，選擇兩個(gè)局部地區(qū)進(jìn)行外業(yè)全要素采集，共采集了545個(gè)特征點(diǎn)，與內(nèi)業(yè)地形圖成果進(jìn)行坐標(biāo)比對(duì)，計(jì)算得到絕對(duì)誤差。紅色框中為選取的2個(gè)外業(yè)打點(diǎn)區(qū)域如圖2所示。

3.3數(shù)據(jù)預(yù)處理

包括資料檢查和空三計(jì)算與優(yōu)化兩大方面工作內(nèi)容。具體如下。

（1）航拍影像檢查：原始影像覆蓋整個(gè)任務(wù)區(qū)，且航向和旁向重疊度滿足要求；數(shù)據(jù)沒(méi)有波段丟失，航飛外業(yè)記錄數(shù)據(jù)齊全。影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調(diào)一致，有較豐富的層次、能辨別與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像。

（2）POS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查：偏心分量測(cè)定精度滿足要求；GPS信號(hào)無(wú)失鎖，衛(wèi)星數(shù)量滿足要求；時(shí)間信號(hào)無(wú)重復(fù)或丟失；IMU數(shù)據(jù)正常且連續(xù)；IMU/GPS數(shù)據(jù)處理精度滿足要求。

（3）航飛質(zhì)量檢查：航向和旁向重疊度滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)絕對(duì)漏洞或相對(duì)漏洞。

（4）控制點(diǎn)檢查：控制點(diǎn)分布、精度、數(shù)量滿足要求；控制點(diǎn)文檔資料齊全無(wú)缺失。

（5）初步空三計(jì)算：對(duì)應(yīng)好照片和POS數(shù)據(jù)，導(dǎo)入ContextCapture（簡(jiǎn)稱CC），進(jìn)行整體連接點(diǎn)匹配計(jì)算，連接點(diǎn)不能完全匹配，就需要再次計(jì)算或手動(dòng)加入連接點(diǎn)來(lái)輔助計(jì)算?？杖晒鐖D3所示。

（6）控制點(diǎn)刺點(diǎn)：為給模型成果提供絕對(duì)地理坐標(biāo)系，空三完成之后刺入像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)，微調(diào)控制點(diǎn)位置，與空三自由網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合平差。

3.4數(shù)據(jù)生產(chǎn)

3.4.1實(shí)景三維建模

啟動(dòng)CC軟件，加載上一步平差后精度合格的空三成果，劃分模型格網(wǎng)，采用GPU優(yōu)先的計(jì)算方式，生成OSGB格式的實(shí)景三維模型，同時(shí)生成未處理畸變的正射影像，實(shí)景三維模型如圖4所示。

3.4.2真正射影像（TDOM）制作

利用空三成果與實(shí)景三維模型，以三維模型中的瓦片（tile）為單位生產(chǎn)局部真正射影像，然后進(jìn)行拼接處理，制作任務(wù)區(qū)真正射影像。

3.4.3內(nèi)業(yè)測(cè)圖

利用內(nèi)業(yè)測(cè)圖軟件對(duì)前面生成的實(shí)景三維模型成果、空三成果以及真正射影像進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，創(chuàng)建工程文件，然后在軟件中進(jìn)行點(diǎn)、線、面的采集，并按照規(guī)范進(jìn)行圖層與要素的屬性錄入。測(cè)圖成果為初級(jí)線劃圖，經(jīng)軟件導(dǎo)出為CASS格式，采用CASS軟件進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)編輯，生成1∶500地籍地形圖數(shù)據(jù)如圖5所示。

3.5精度檢測(cè)

實(shí)景三維模型成果已測(cè)圖成果完成后，采用內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)對(duì)比與外業(yè)檢查的方法分別進(jìn)行精度檢測(cè)。首先，根據(jù)已有的大比例尺地形圖成果，內(nèi)業(yè)比對(duì)檢核模型及測(cè)圖成果的相對(duì)精度；其次，在成圖成果挑選兩塊局部區(qū)域，外業(yè)采集要素點(diǎn)，與測(cè)圖成果進(jìn)行比對(duì)，得到測(cè)圖成果的絕對(duì)精度。精度檢測(cè)結(jié)果如下。（1）模型成果精度：將未參與空三平差的部分控制點(diǎn)作為模型精度檢測(cè)點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算，模型X方向平均誤差為0.0068m，Y方向平均誤差為0.0026m，符合項(xiàng)目精度要求。（2）測(cè)圖成果精度：通過(guò)外業(yè)實(shí)地打點(diǎn)檢核，與內(nèi)業(yè)采集的點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算中誤差可知，測(cè)圖成果的平面中誤差為0.03m，滿足1∶500大比例尺地形圖測(cè)制要求。

4分析與結(jié)論

本文以無(wú)人機(jī)傾斜攝影方式獲取低空高分辨率影像，進(jìn)行實(shí)景三維模型重建、制作真正射影像（TDOM），消除了建筑物的投影誤差，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)業(yè)測(cè)圖，具備如下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

4.1幾種作業(yè)模式對(duì)比

本文對(duì)當(dāng)前常見(jiàn)的幾種生產(chǎn)制作地形圖的模式進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)論如表3和表4所示。與人工測(cè)圖模式相比，傾斜攝影方式制作大比例尺地形圖可以大幅度節(jié)約人力資源成本，同時(shí)可以在較低生產(chǎn)成本、較短作業(yè)周期的條件下獲取到精度較高的成果。對(duì)比傳統(tǒng)人工航測(cè)方式，以無(wú)人機(jī)傾斜攝影作業(yè)具有需要人員較少、成本相對(duì)較低、精度高、適用性強(qiáng)的特征，但在航飛穩(wěn)定性和影像覆蓋面方面顯得不足。

4.2精度和效率保障

經(jīng)檢測(cè)，采用的低空高分辨率傾斜攝影測(cè)量方法合理，精度可靠，合格率高達(dá)99.1%，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2.1成果精度保障

從技術(shù)路線來(lái)看，成果的來(lái)源是以“傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取”開(kāi)始的，因此，影響精度的最根本因素是航飛質(zhì)量。只有高質(zhì)量、高精度的傾斜攝影航片，才能生產(chǎn)出高精度的實(shí)景三維模型。在此基礎(chǔ)上，才能獲得好的測(cè)圖成果。理論上航高越低越有利于保證精度，但低航高帶來(lái)的航線數(shù)量成倍增加，導(dǎo)致影像成倍增加，為內(nèi)業(yè)處理帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)。因此，選取合適的航高是作業(yè)的關(guān)鍵。

4.2.2作業(yè)效率保障

在作業(yè)步驟上，可大致分為3個(gè)環(huán)節(jié)：航飛數(shù)據(jù)獲取，實(shí)景三維建模、測(cè)圖與編圖。各工序?yàn)樯舷录?jí)關(guān)系，不能并行處理，因此，提高每一步的工作效率都將對(duì)整體作業(yè)效率帶來(lái)提升。

4.3消除了建筑物的投影誤差

本文數(shù)據(jù)處理過(guò)程中先生成正射影像（TDOM），再進(jìn)行內(nèi)業(yè)地形要素采集，由于TDOM具備只能看到建筑物的頂部，不會(huì)發(fā)生建筑物之間的遮蓋，可以有效提高內(nèi)業(yè)要素采集的真實(shí)性和有效性。

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