旋翼无人机倾斜摄影实景三维建模技术在应急测绘的应用

姜信东

（江西煤田地质局二二三地质队，江西鹰潭 335000）

多旋翼无人机倾斜摄影技术通过超低空倾斜摄影，从一个垂直和四个特定角度倾斜方向获取高清立体影像数据，并多角度采集影像数据，有效弥补了传统航空摄影的局限，同时经过对无人机航摄像片及其对应的POS 信息进行的空三解算，获取地面物体完整准确的信息实现全自动化三维建模。能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG 等多种成果。

1 工程概况

某淤泥渣土受纳场发生滑坡，按地质灾害事故抢险救灾应急处置预案，在救灾指挥现场制作出受灾区域现状影像资料、三维数据模型。根据测绘任务要求立即响应进入紧急任务状态，迅速组织测绘人员及仪器设备，到现场开展应急测绘。

本项目采用大疆M600多旋翼无人机进行航摄，采用GNSS 技术与全站仪相结合的方法布设野外像控点，采用ContextCapture 软件进行倾斜三维模型的生产。

完成工作量：野外像控点3 个，数字高程模型DEM、数字正射影像图DOM、真三维建模（OSGB、smx格式）0.1km2，数字正射影像挂图（1∶1000）一幅。

2 仪器、设备配备情况

本次应急测绘投入的主要仪器设备见图1，本项目中所使用的仪器、设备均经过国家授权的质量检定机构检定合格。

3 软件信息

本次应急测绘使用软件如表1所示。

表1 测绘使用软件图

4 工作流程

本次测绘首先用旋翼无人机对测区进行倾斜摄影，然后采用GNSS RTK 辅助ContextCapture 系统进行空三加密、密集匹配、TIN 建立以及纹理映射等处理，实现实景三维建模；最后进行外业检查，对其成果精度进行检验，提交成果。具体流程见图2。

5 数据获取及建模处理

5.1 像控点布设及测量

像控点的精度和数量直接影响到航测数据后处理的精度，像控点的布设和选择应当规范、严格、精确。像控点选在影像清晰的明显地物点、地物拐角点、接近正交的线状地物交点或固定的点状地物上。当刺点目标与位置不能兼顾时，以目标为主。高程点选在局部高程变化小且点位周围相对比较平坦地区。用油性喷漆现场涂刷航测专用标识；涂刷大小大于50cm，并且菱角不虚边；编号涂刷，字体清晰，字体高度大于30cm。或放置标靶板，像控点在相邻像片上均清晰可见。

（1）本次在测区范围内共布设3 个像控点，像控点编号分别为E1-E3，坐标系统：深圳独立坐标系；高程系统：1956年黄海高程系。

（2）像控点测量方法为GNSS RTK 测量，在深圳CORS 系统有效服务区内采用网络RTK 测量。测量使用仪器：中海达IRTK2RTK，定位精度：水平：±8mm+1ppmRMS，垂直：±15mm+1ppmRMS。像控点测量时，测回数≥2 次，GNSS 卫星状况满足条件为15°以上的卫星个数≥6，PDOP值＜4。测回间较差满足规范要求后取两测回的平均值作为最终观测成果。按规范要求，像控点测量完成后，用全站仪进行边长、角度检核并连测一个已知控制点。经检核像控点相对邻近等级控制点点位中误差不超过图上0.1mm。高程中误差不超过基本等高距的1/10（本项目基本等高距为0.5m），满足规范要求。

5.2 外业数据获取

（1）采用多旋翼无人机大疆经纬M600Pro无人机、睿铂Riy-DG3相机组成倾斜摄影系统，进行了倾斜摄影。

（2）利用Google Earth 收集下载测区卫星影像图，按应急测绘范围，规划为1个航带，设置航向重叠率为80%，旁向重叠率为70%，航高设置为200m，在此基础上利用大疆专业航摄软件进行航线设计。

（3）影像质量检查。任务航线执行完毕后，立即对POS 文件和像片文件进行质量检查，通过对影像质量检查分析可知，航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%；符合山地：80%±2%和≥50%的要求。其飞行稳定，航线弯曲度、行高保持良好，相片纹理清晰、层次丰富、色调均匀且航摄过程中未出现的绝对漏洞、相对漏洞及其它数据严重缺失、缺陷或精度不够等现象；影像有较丰富的层次、能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，满足外业全要素精确调绘和室内判读的要求。检查合格后提交内业进行数据处理。

5.3 POS数据处理

（1）POS 数据解算。测区航线上的POS 数据解算结果，三个坐标分量的精度分别应优于0.08m（RMS），三个角度分量（roll/pitch/heading）的精度分别应优于0.01°（RMS）。

（2）首先对检查合格的像片进行匀光匀色处理，然后将合格的影像数据以及对应的POS数据导入三维建模软件。

（3）将经检效合格的相机参数导入三维建模软件。

（4）导入外业像控点，并将每个控制点在相应照片上进行刺点在每级影像上进行同名点匹配。

（5）空中三角测量，多视角影像的空三加密以初始GNSS数据为基础，采用影像匹配，在每级影像上进行同名点匹配和光束法平差获取精确的外方位元素，进行几何校正，最后将平差后的数据（三个坐标信息及三个方向角信息）赋予每张倾斜影像，使得它们具有在虚拟三维空间中的位置和姿态数据，至此倾斜影像即可进行实时量测，每张斜片上的每个像素对应真实的地理坐标位置。选择输出模型的坐标系和格式，提交三维模型生产。

5.4 倾斜摄影测量三维模型及三维点云生产

（1）利用ContextCapture 软件，通过服务器集群建模输出三维模型成果，并进行自动贴图处理。

（2）对三维模型进行检查，对检查发现的不合格模型数据进行TIN 编辑和纹理编辑处理，最终输出合格的三维模型成果。

（3）利用三维模型生产测区点云数据，坐标转换：将生产出的XYH三维坐标系成果统一归算到制图坐标系下的二维XY形式。

5.5 数字正射影像图生产

（1）利用ContextCapture 软件，通过服务器集群建模输出数字正射影像成果。

（2）对数字正射影像图进行影像镶嵌质量进行检查，由于地物几何坐标的拼接，和影像色彩（灰度）的过渡会影响正射影像视觉的整体效果，应尽量减少影像数据明显拼接痕迹。对经检查不合格的拼接进行修正，然后输出合格的数字正射影像图成果。

编制边坡区域及周边1∶1000 正射影像挂图，地面分辨率优于0.05m，格式为TIFF。

6 小结

（1）倾斜航空摄影后期影像数据匹配是倾斜摄影技术实用性的关键。

（2）像控点布设的数量和位置是测绘成果精度的保证。实际工作中像控点布设应注意：像控点选在影像清晰的明显地物点、地物拐角点、接近正交的线状地物交点或固定的点状地物上。当刺点目标与位置不能兼顾时，以目标为主。高程点选在局部高程变化小且点位周围相对比较平坦地区。准备油性喷漆、标靶板，像控点在相邻像片上均清晰可见。