倾斜摄影测量在三维地形图绘制中的应用

倾斜摄影测量在三维地形图绘制中的应用

程康

深圳市广汇源环境水务有限公司    广东.深圳 518000

摘要：现阶段，城市地形图测绘已经成为城市地形数据采集不可或缺的一部分。在地形图测绘环节中，也会受到各种各样因素的影响，通常会遭遇不同的问题和考验。倾斜摄影测量技术在实践应用中具有显著的优点。新技术应用不但可以有效清晰地获得地理数据信息，形成精确的图形信息，还能降低人员安全风险和人工作业量。本文将主要探讨倾斜摄影测量在城市地形测绘中的运用。

关键字：城市地图；测绘无人机；倾斜摄影测量；三维重建

引言：常用于地形图测绘GPS-RTK该方法具备高精度、工作强度大、时间长、费用高特性。伴随着无人机技术发展，倾斜摄影测量越来越多地用于测绘项目中。无人机的五摄像镜头能够便捷、灵活得到多方位清楚的图像。依据图像迅速自动生成的现场三维模型，全部因素都可以体现路面状况，倾斜摄影技术简易，外部任务量小，工期较短。总而言之，本文方案以测量地区为例，将倾斜摄影技术用于大占比地形图测绘，并科学研究测量精度。

1倾斜摄影测量原理

倾斜摄影测量技术改变了过去只能从垂直角度拍摄的局限。其原理是在同一航行平台上配置好几个感应器，从一个垂直、四个倾斜的五个不同角度收集图像，将客户引进满足人眼视觉的真实形象化世界。基本概念是：图像纠正－获得特征点－三维建模－物件测量。操作流程如下图1所显示。

图一，倾斜摄影测量操作流程

倾斜摄影测量的信息实质上是网格模型，由云数据通过一些优化算法构成。根据几何校正和协同平差处理方式，内部结构软件可以计算出根据图形的极高密度云数据。云数据搭建不规则三角网模型，最终根据纹理映射搭建真实三维模型。

2倾斜摄影测量与传统测量相比的优势

传统测量的工作内容包括控制测量、外部采集碎片点、内部绘图、外部绘图等。无人机航空测试的工作内容包括图像控制点布置、外部飞行和图像处理、三维建模、内部编辑和外部绘图。以20平方公里测量区为例（图像比例尺1：2000），比较两者之间的差异可以得到后者的优势。

2.1受环境因素影响小，响应准确快速

传统式测量需要8组2名内部操作工和16名外界操作工，操作流程受气温、数据信号和地面条件的影响。倾斜摄影测量需要10名内部操作工，8名内部操作工共4组。看得出，倾斜摄影测量的外部工作量低于传统式测量，在控制与运输中不会受到机器设备负担的影响，能够带上不同类型的相机，以适应合理获得图形需要。在超低空飞行中，倾斜摄影测量对降落场所的优点体现在对起落场地的要求并不大，在超低空飞行中几乎不会受到气候（极少数极端化恶劣天气以外）的影响。在实践应用中，低空空域工作应用更有效，准备工作简单，20min后可作业，工作步骤可以根据具体工作规定灵活及时纠正，自动控制系统可快速反应移动。相较之下，传统测量特别依赖相互配合，无法满足快速响应的需求。

2.2性价比突显，数据获取低成本，数据信息精确，实际操作灵活

传统式精确测量需要63天（1134工天），工程测量人员测图，内业人员制图每一组00.04平方千米/天。测量测绘仅需12天（98工天），实际测量测绘加四角基准点布局需要00.空三加密5天（约1000张图片），DLG搜集需要6天（每个人000).33平方千米/天）.2天（每一组1.2平方千米/天）。前面一种（硬件配置成本费1万，软件成本00.5万，人力成本56万），后面一种成本费用仅有13万.9万（硬件配置5万，手机软件4万，人力成本4万.9万），抛开经济成本不谈，仅资金耗费就节约了52%。

除此之外，倾斜摄影测量方式很好地搭载了分层表明和纹理映射两类技术，为数据访问和后期模型打下基础。对技术的追求不可局限于更多的智能化技术的合理有效融合，充分发挥更强的作用。无人机与红外遥感、多光谱遥感技术、雷达探测测绘工程等遥感测绘技术的完美融合，将能够更好地扩展倾斜摄影测量技术的发展领域，为测量技术营造一个新时代的。

3测试概述与数据处理方法

3.1测区概述

以某镇为科学研究区，该区域经纬度坐标为东经116°，北纬度31°。研究地区近1km2.科学研究区归属于皮河冲积扇。测区整体地貌波动相对性轻缓，交通稳步增长，有利于无人机倾斜摄影测量。依据测区范围和现场勘察状况，共设定14个像控点，坐落于道路等开放位置，清晰无遮无挡。

3.2数据采集设备

本探讨选用大疆精灵Phantom4RTK无人机，这一款无人机有自己的定位和精准定位POS该系统使用方便，便于应用。图像分辨率依赖模型的精密度。为了获取高质量图像，依据无人机倾斜摄影测量技术标准设定航行方向、侧重叠度、航空公司高度、摄影角度等航空摄影测量参数。

3.3影像处理

在ContextCapture检查图像信息。由于系统和外部原因，一些图像缺少组件和组件POS需要删除图像信息不完整、缺乏等关键信息POS图像。图像应分布合理，相对完整；方向和侧距均匀；图像在平面内，无明显分层，飞行质量高。

3.4空中三角测量

依据规范，航空摄影测量区域至少有3个像控点。像控点应提前用油漆校准在地面上，坐标应选用。RTK精确测量。精确测量区域内布置的14个基准点清晰展现在图像相片中。根据要求，每一个基准点需在图像片中。A，E，S，W，X等待5个视域下的刺点。

导进基准点坐标后，每一个像基准点必须在五个镜头下独立点刺，刺点结束后开展第二次空中三角测量。空中三角测量结束后，图像应平整，无波动，路面图像无移位，3D主视图清楚。

上空三角精密度汇报能直接体现空中三角测量的精密度，主要包含X，Y方向和3D偏差。上空三角数据加密基准点X，Y方位相对误差均低于5cm，重投射偏差低于一个清晰度，3D偏差在15cm内部。依据标准，上空三角数据加密的航行图像达到复建三维模型的精度要求。

图二，空中三角测量

4倾斜摄影测量在三维地形图制作中的运用

传统测量通常是根据地貌物体的顶端得到标高信息和地貌信息，那对轮廓显著的地形物体有非常好的测量值。但是，传统航空摄影无法获得目标垂直方向的纹理信息，也难以获得不规律难得到三维结构数据信息，但也有一定限定（如波动工程建筑）。伴随相关基础理论技术发展，航空摄影测量早已由原来的垂直相机工作转变成多个歪斜相机的组成，其特点之一是非常容易得到侧纹路，直接控制成本。

4.1城市管理及工程验收

三维模型的优势是能够真正修复初始地貌，如非法建筑的调查、风险地貌的三维形变检测等。选用传统人工调查和人工精确测量，倾斜摄影测量的三维重建技术远远高于传统人为方式，便于城市管理人员及时掌握大城市地貌的改变，及时建立对应的对策。同样，针对施工的完工环节，传统式方式递交的基本都是平面设计图或文档等二维数据信息。不规则工程建筑无法得到充分认证，倾斜摄影测量构建的三维模型能有效填补这一缺陷，降低工程验收工作量。

4.2倾斜摄影测量与BIM模型融合

倾斜摄影测量三维建模软件（SkylinePhotoMesh）根据倾斜摄影技术和图形运算单元GPU技术性全自动大批量模型系统软件，根据多视角歪斜图像、真实城市街景数据信息、射击图像等各个数据库数据信息同名点研究获取、多视配对集成化、全自动纹理配对和匹配实际操作，不用人工控制，全自动批量处理初始图像数据，搭健全要素、细致、纹理真正三维模型。SkylinePhotoMesh软件具备图像处理特性高、模型精度高、互动性强、适用多元数据和多元化导出等优点SkylinePhotoMesh与传统建模对比，软件建模减少了人力成本和模型时长，提升了模型精度和模型效率。

根据Skyline软件对BIM建模与倾斜摄影测量实体模型紧密结合，选用倾斜摄影测量实体模型Skyline能将BIM将实体模型、手工模型、真彩模型转换为三维数据库系统，随后应用三维数据库系统SpatialFrameworkServices发布，帮助各个领域的施工管理决策。将两类实体模型结合在一起，既保存了建筑的原有信息，还增加了外部的真正纹理信息BIM设计模型的融合和数据可视化对项目的工程施工方案设计、进度展示和工程预算有非常好的促进作用。

4.3相片控制

选用倾斜摄影测量的方式方法，能有效推动城市地形图测绘的稳步合理发展。针对测绘人员而言，一是能帮助测绘人员全方位立体式地了解城市地图的数据，二是能够为卫星导航系统给予一定数量的信息填补。将地面测绘工程所获得的信息与无人机航空摄影测量所获得的数据进行互换融合，有益于提升工作员航空摄影测量的精确性。同时，根据提升定位点布局和置放特殊基准点，融合卫星导航系统，能够有效提升航空公司测试的可提升空间，大幅度降低外在因素对航空摄影测量的影响，确保精确性。

结束语

社会经济的迅速发展为中国倾斜摄影测量技术的推广更新提供保障。和传统精确测量对比，倾斜摄影航空测量技术具备协调能力强、适用范围广的特征，在城镇地形测绘中发挥了重要意义。一个新的测量技术将不可避免形成新的应用模式，倾斜摄影测量技术将不可避免变成未来测绘工程的重要方式之一。

参考文献：

[1] 张奇,徐斌,张冬,徐以泱.倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的应用[J].智能城市,2021,07(04):12-14.

[2] 冀晓辉.航空测量在地形测绘中的应用分析[J].华北自然资源,2020(05):89-90.

[3] 李璇琼,熊启源,何应鹏.航空摄影测量在数字化测图中的应用[J].科技资讯,2021,19(02):4-8.

[4] 安可,张顺喜.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].经纬天地,2019(04):102-103,112.

[5] 李兴久.浅谈无人机倾斜摄影技术在城市实景三维建模中的应用[J].测绘标准化,2021,37(01):75-78.