基于倾斜摄影测量的大比例尺三维测图技术

效率低下$旋翼机和倾斜摄影测量技术的快速发展，为城市大比例尺地形图的测绘与更新提供了全新的技 术手段$本文以滕州市城区约10 km2的1 = 500地形图测绘项目为例，采用大疆精灵4 Pro旋翼机进行数据 获取,Smart 3D软件进行空三加密及三维建模，最后在EPS软件中进行三维测图，并对地形图成果进行了精 度检核，验证了技术方案的可行性，为同类项目提供了有益参考$［关键词# 旋翼机；倾斜摄影测量；三维建模；地形图测绘\"中图分类号］P232 \"文献标识码］A［文章编号］1007-3000(2020)04-0543-40 引言大比例尺地形图测绘是各项工程建设和城

后基于三维模型进行三维测图，进行大比例尺地

形图的测绘工作，这样基于三维模型进行内业采 集，不仅能够确定大部分地物的属性信息，大幅

市建设的基础工作，为经济社会发展提供重要的 基础地理信息数据目前，大比例尺地形图测

减少野外调绘工作量，并且能够直接在三维模型

上准确地提取高程点。通过实践表明，该技术方 法能够满足1=500地形图测绘的精度要求，具有

绘的基本方法有全野外数字测图方法、航空摄影 测量方法(全野外数字测图方法存在野外工作 量大、效率低下、更新周期长等问题。传统航

巨大的推广应用价值。空摄影测量设备价格高，需要恢复立体像对进行 立体测图，不仅技术路线复杂，外业调绘工作量

1试验区概况试验区位于山东省滕州市城区，测区面积约

大，对测图人员的经验要求较高，并且成果的高 程精度难以保证，需要大量的野外测绘工作进行 补充。为10 km2。境内地势比较平坦，无高山和丘陵,

属于平原地带。测区经济比较发达，建筑较为密 集,高层建筑较多。根据业主要求进行测区内

随着无人机航测技术的不断发展，无人机航

1 = 500比例尺地形图的测绘工作。测技术在地形图测绘中的应用也越来越广泛5 ( 但大多数都是以无人机的正射影像作为基础，采

2试验方案设计与实施2.1方案设计用内业编辑成图和外业调绘结合的方式进行成 图这种方法的弊端就是内业测图的时候存

试验采用大疆精灵4Pro多旋翼无人机进行 一个下视和四个侧视影像数据获取，相机像幅大 小为5 472X3 078,焦距为& 8 mm,像元大小为在大量的未知信息，包括建筑物的层数、房檐改 正等，需要大量的外业调绘和补测工作(基于目 前大比例尺地形图测绘存在的诸多弊端［810］，本

2.4 pm。数据获取完成后采用Smart3D软件进 行空中三角测量和三维模型重建，然后将三维模

文提出了采用无人机倾斜摄影技术进行数据获

取，然后进行三维建模，得到测区的三维模型，最［收稿日期］2019 —07—30型导入EPS进行三维测图，再经过外业调绘与补

\"作者简介］李通(1988-)，男，山东荷泽人，硕士，工程师，从事摄影测量与工程测量工作。E-mail: 18553102554@163. com544北京测绘第34 卷 第4 期测、内业地形图编辑以及质量检查等，完成1：500 比例尺地形图成果制作，方案设计如图1所示。2.4航空摄影根据确定的航空摄影分区和拟定的无人机

起降场地，结合起降点的现场情况，选择视野遮 挡小，无信号干扰，远离高层建筑物，人群较少的 地点作为无人机的起降场地。为保证三维建模 的精度和效果，每个架次需要获取1个下视和4

个侧视，共5个视角的影像。相机参数及航空摄 2.2试验前准备在试验实施前，对测区的已有地形图数据、

数字高程模型数据等进行搜集，并根据搜集的资 料进行以下工作：$)根据地形图资料大致确定

测区的飞行子区划分以及起飞场地的选择； (2)大致确定飞行区域内是否存在影响飞行的因 素，以确保飞行安全；(3)大致确定飞行架次和航

线设计与分布。2.3像控点布设方案像控点的布设是否合理对三维模型和地形

图成果的精度有着直接影响，像控点的布设策略

也受到POS精度、影像像幅大小的影响。根据本 项目的具体情况，采取区域网布点的方法进行像

控点布设，在测区周围布设一定数量的平高点， 内部布设高程点或平高点。根据以往经验，对于 地势较为平坦的区域采用精灵4PRO进行倾斜

摄影测量,像控点布设间距约为200 m左右。像控点应当选取在地面较为平坦且有明显

标志易于判读的位置。由于测区位于城区，可以 选取路面上的斑马线或者城市广场公园的特征

点作为像控点。当局部地区难以选取时，可以在 地面上用油漆绘制人工标记或者使用像控纸进 行布设。像控点的选取和布设如图2所示。图2像控点选点示意图影的设计参数如表1所示。表1航空摄影参数参数名称参数巡航速度/ (m/ s)6相对行高/m100航向重叠率/%75旁向重叠率/%65影像地面分辨率/m0 0272.5 三维建模测 区 三 维 模 型 生 产 采 用 Smart3D 软 件 进 行，该软件是目前三维建模领域的主流软件，功

能强大，能够多节点并行运算以提高建模运算 效率，建模效果出色。实景三维建模的具体流

程包括数据准备与导入、数据检查、参数设置与

提交空三、三维建模等。三维建模的核心环节

是空三加密，为方便刺点，可以先在测区四周和 中间先刺一部分像控点，进行一次空三计算，恢 复像片的位置，再进行其余像控点的选刺。全

部像控点刺点完成后，进行最终的空三加密

计算。空三加密完成后，基于原始影像和空三加密 成果，软件能够自动进行三维TIN构建以及纹理 的自动映射，生产出测区三维模型成果用于三维

测图。生成的三维模型成果如图3所示。图 3 三维模型成果第34 卷 第4 期李通.基于倾斜摄影测量的大比例尺三维测图技术士0.079 m。平面精度统计表如表2所示。5452.6内业数据采集内业数据采用EPS软件的三维测图模块进

行采集与编辑。将OSBG格式的三维成果导入

表2平面精度统计表点号P001P002EPS软件中能够直接进行裸眼三维测图，在三维 环境下直接采集各类地物的特征点与特征线，并

位置房角房角门墩房角#8 m△f/m-0.007-0.0350. 093-0.0150. 0990. 130利用EPS软件和地物本身以及地物之间的几何

P004P424P425关系完成地物的采集与绘制。另外，三维模型本

身含有高程信息，可直接在模型上进行高程点数

0. 029-0.020据的提取，并生成等高线，进行地貌信息的采集, 花坛角-0.0790.036进而完成地形图地物地貌的采集。EPS软件三

维采集界面如图4所示。图4 EPS软件三维采集界面2.7外业补测与调绘内业三维采集完成后，需要通过外业调绘与

补测，对内业无法两侧和判读的地物进行实地确 认（主要包括以下几个方面：（1）对内业判读的

地形图要素进行实地核查与定性；（2）对于遮挡 和漏测区域，特别是模型较粗糙难以准确采集的 地物进行补测；$）对地物的属性信息进行调绘，

包括检修井的属性信息、道路名称、单位名称、地 名地址信息等。其余大部分地形图信息可以直 接在三维模型上进行采集，极大地减小了外业调 绘的工作量（3试验成果分析3.1三维测图成果分析为检查无人机倾斜摄影测量技术测绘的地

形图精度，对项目1 = 500地形图成果采用全野外 均匀散点进行了平面和高程精度的检核，以验证 技术方案的可行性。本次试验共采集平面精度检测点425个，经

计算与统计，最大误差为0. 281 m,最小误差为 0. 002 m,粗差点8个，粗差率为2%，中误差为 采集高程精度检测点共774个，经计算与统 计， 最大误差为 0 253 m， 最小 误差为 07003 m， 粗差点7个，粗差率为1%，中误差为士0. 062 m。 高程精度统计表如表3 所示。表3 高程精度统计表点号位置#8/mG001路面-0.041G002广场0. 009G004路面-0.023G773路面0.007G774路面-0.052经检测，采用无人机倾斜摄影测量技术测绘

的地形图精度完全能够满足1 = 500比例尺地形 图的成图精度要求。3.2与传统摄影测量比较利用此次三维测图成果和传统摄影测量方 法获得的地形图成果进行对比分析，分别从选取 房角、地面斑马线等特征点作为平面检核点，选

取硬化路面上的点作为高程检核点，外业检核点 采用RTK测量的方式，经计算与对比分析，结果 如表4、表5所示。表4三维测图成果中误差最小误差/m最大误差/m中误差/mdxy0.0210.0110.075dz0.0320.0070.043表5传统摄影测量测图成果中误差最小误差/m最大误差/m中误差/mdxy0.0300.0820. 053dz0.0330. 0520.040从表4、表5得出，两种测图方法均能满足1 = 500比例尺地形图的成图精度要求，但是三维

546北京测绘第34 卷 第4 期测图方法能够大幅减少外业调绘和内业编辑的 工作量，具有较大的优势。廉的消费级多旋翼无人机进行航空摄影，完成了

1：500地形图测绘工作，大幅度降低了测绘成本。参考文献\"1#张久龙，于胜文,刘尚国.低空多旋翼无人机大比例尺测图精度

4结束语本文采用大疆精灵4PRO消费级无人机进

行影像数据获取，通过三维建模、三维测图等环

可行性分析北京测绘,2016(1) ;34-38.周晓敏，孟晓林,张雪萍，等.倾斜摄影测量的城市真三维模型 构建方法测绘科学,2016(9) ,159-163.节，进行了城区1：500比例尺地形图测绘，经检 测能够满足精度要求，是地形图测绘新技术的成

邓清军，张士武，徐邦鑫.无人机倾斜摄影技术在农村不动产确 权中的应用北京测绘，2018,32(2)225228.［4#张纯斌，杨胜天,赵长森，等.小型消费级无人机地形数据精度

功探索，其技术优势如下：(1) 外业工作量小，生产效率高。基于无人

机倾斜摄影测量技术进行地形图测绘，能够大量

验证遥感学报,2018(1)185195.\"# 丁中好.倾斜摄影实景三维数据生产的要点研究与实践\"#.现

减少外业调绘与补测工作，降低了外业工作量和 工作强度。代测绘,2017(3)48-50.\"#杨永明.无人机遥感系统数据获取与处理关键技术研究［D#.

(2) 内业数据采集直观，易于判读。采用三

维模型进行内业地形图数据采集，能够真实的观 察到地物的三维效果，直观、形象，易于判读，对

云南昆明：昆明理工大学,2016.\"#李安福，曾政祥，吴晓明.浅析国内倾斜摄影技术的发展\"#.测

绘与空间地理信息，2014(9)57-59.\"#王柳，黄鹤，李若鹏，等.消费级无人机倾斜影像采集关键技术

作业人员的技术水平要求大为降低。(3) 数据精度高，且精度均匀。采用该技术 进行地形图生产，成果的平面和高程精度一般是 影像地面分辨率的3〜5倍，并且整体精度均匀。研究\"#.测绘通报,2017(Sl)：41-45.\"#徐思奇，黄先锋，张帆，等.倾斜摄影测量技术在大比例尺地形

图测绘中的应用\"#.测绘通报,2018(2)111-115.\"0#张祖勋，张剑清.数字摄影测量学［M#.湖北武汉:武汉大学出

(4) 成本低，作业机动灵活。本文采用价格低

版社，2012Large Scale 3D Mapping Technology Based on Oblique PhotogrammetryLI Tong(Shandong Institute of Land Surveying and Mapping, Jinan Shandong 250013, China)Abstract：A presen ， heurbanlarge-scale opographicmapupda e mainly uses hefielddigialmeasuremen me hod，

which not only consumes a large amount of labor, but also is inefficient. The rapid development of gyroplane and ob-

%que photogrammetry technology prov%des a new techn%cal means for mapp%ngandupdat%nglarge-scaletopograph%c maps of cities. This paper takes the 1: 500 topographic map project of about 10 km2 in Jinan City as an example, using

DajiangPhantom4Prorotorcraftfordataacquisition，Smart3Dsoftwareforaerialtriangulationand3D modeling，

and finally 3D measurement in EPS software. And the accuracy of the topographic map results was checked, which verified7hefeasibili7yof7he7echnicalsolu7ionandprovidedausefulreferenceforsimilarprojec7s.Key words: rotorcraft； oblique photogrammetry, three dimensional 3D) modeling； topographic map mapping