无人机倾斜摄影测量在景观工程地形数据获取中的应用方法

摘要：无人机倾斜摄影测量技术为景观工程地形数据获取提供了高效解决方案。以江苏省昆山市夏驾河（南浜路-昆嘉路）景观提升工程测绘服务项目为例，针对传统测绘方法在复杂场景中效率低、隐蔽区域数据缺失等问题，采用无人机倾斜摄影技术开展地形测量、土方量计算等测绘任务。通过大疆M300 RTK无人机搭载五镜头相机，结合连续运行参考站系统（Continuously Operating Reference Station，CORS）布设像控点，获取测区高分辨率影像数据，利用三维建模软件生成实景模型与等高线地形图，并基于数字高程模型完成土方平衡分析。结果表明，该技术将地形数据采集效率提升至传统方法的3倍以上，工期缩短30%，综合成本降低20%，且控制点残差小于3厘米，满足工程规范要求。研究验证了无人机倾斜摄影技术在景观工程中的适用性，为类似项目提供数据支撑与技术参考。

关键词：无人机倾斜摄影测量；景观工程；地形数据获取；三维建模；土方计算

引言：景观工程规划与实施高度依赖精准的地形数据支持，传统测绘方法常面临效率低、数据维度单一等挑战。常规全站仪或GNSS测量需人工逐点采集，对植被遮挡区域、复杂地形适应性较弱，且难以快速获取地物三维信息。无人机倾斜摄影测量技术通过多角度影像采集与三维重建，可同步生成高精度地形模型与正射影像，为景观工程提供多源数据融合解决方案[1]。

该技术利用无人机搭载多镜头相机，结合连续运行参考站系统（CORS）实现厘米级定位，通过实景三维建模软件自动化处理影像数据，显著提升隐蔽区域地物识别能力与土方量计算精度[2]。相较于传统作业模式，其非接触式测量特性可减少外业人员安全风险，且数据成果支持工程全周期应用，包括前期地形分析、施工过程放样及竣工验收比对。

本研究聚焦无人机倾斜摄影测量在景观工程地形数据获取中的技术路径与实施效果，通过典型工程案例验证其在复杂场景下的适用性，为同类项目提供可复制的技术参考。研究重点分析航摄参数优化、多源数据融合方法及成果精度控制策略，强调技术落地过程中的关键实施要点。

1. 案例背景与技术难点

1.1 项目背景

夏驾河（南浜路-昆嘉路）景观提升工程测绘服务项目位于江苏省昆山市，旨在优化河道生态功能与城市景观融合。项目覆盖河道整治、植被规划及基础设施改造等环节。测绘任务包括地形测量、土方量计算、树木调查及竣工验收等，需提供1：500比例尺地形图、三维实景模型及施工放样数据。

传统测绘方法依赖人工全站仪或GNSS设备逐点采集，难以满足复杂场景的高精度与高效率需求。无人机倾斜摄影测量技术通过多角度影像采集与自动化处理，可同步生成高分辨率正射影像、三维模型及数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM），为工程设计与施工提供多维度数据支撑。

1.2 技术难点分析

测区全长约2.3公里，河道弯曲且两岸植被覆盖密集，局部区域存在高差超过5米的陡坎。传统测量需人工穿越复杂地形，隐蔽区域（如密集灌木丛）数据易缺失。

无人机航摄需解决以下问题：

（1）影像覆盖完整性：植被遮挡可能导致局部建模空洞，需优化航线重叠率与飞行高度。

（2）坐标系统一性：通过连续运行参考站系统（CORS）布设像控点，确保模型坐标与地方坐标系一致。

（3）（3）多源数据融合：需将倾斜摄影模型与树木调查数据叠加，避免施工冲突

通过优化航摄参数与数据处理流程，无人机技术可缩短外业周期并提升隐蔽区域数据完整性，为景观工程提供可靠技术保障。

2. 无人机倾斜摄影测量技术路线

2.1 设备选型与航摄方案

本项目采用大疆M300 RTK无人机作为飞行平台，搭载五镜头倾斜摄影相机（型号为赛尔PSDK 102S），单镜头像素2430万，可同步获取垂直与四个倾斜方向的影像数据。航摄前通过地面站软件规划测区航线，设计航高80米，航向重叠率80%、旁向重叠率70%，确保影像覆盖完整且冗余充足。地面分辨率为2厘米，满足1：500地形图测绘精度要求。

为统一坐标系统，依托江苏省连续运行参考站系统进行实时动态差分定位（RTK），结合地面布设的像控点校正模型误差。像控点采用混凝土标靶，按每平方公里8个密度均匀分布，通过GNSS静态观测获取其平面坐标（X/Y）与高程（Z），精度控制在±2厘米以内。

2.2 数据处理流程

为直观展示无人机倾斜摄影测量技术路线，图1呈现了从航摄准备到成果输出的完整流程。影像数据通过Context Capture软件进行自动化处理，依次完成空三加密、密集点云生成、三维模型重建与地形图输出。空三加密阶段，软件通过特征点匹配与区域网平差优化相机参数，消除镜头畸变与姿态误差。密集点云生成时，设置点云密度为50点/平方米，确保地物细节清晰表达[3]。

三维模型构建完成后，提取数字高程模型（DEM）与数字正射影像图（DOM）。DEM分辨率为0.2米，通过等高线插值生成1：500地形图，等高距设为0.5米。土方量计算采用方格网法[4]，公式如下：

其中，为总土方量，为第个方格的平均高差，为方格面积。该公式通过对比设计高程与实测高程，快速统计挖填方量，支持施工方案优化。

2.3 质量控制措施

为保障三维模型精度，实施三级检查制度：第一级为影像预处理阶段的质量筛查，通过自动化软件剔除模糊、曝光异常或重叠率不足的影像，确保空三加密处理的稳定性；第二级为坐标系统校验，将地面像控点的实测坐标与模型解算值进行比对，平面误差控制在3厘米以内，高程误差不超过2厘米；第三级为模型完整性检查，结合人工目视判读与剖面分析工具，对植被遮挡区域进行局部补拍或点云插值修复，消除建模空洞。该流程使隐蔽区域数据完整度提升至95%，较传统方法提高35%。

2.4 技术优势与适应性

无人机倾斜摄影技术通过非接触式测量，规避了传统方法在陡坎、水域等危险区域的作业风险。多镜头同步成像使数据采集效率提升至人工测量的3倍以上，且三维模型支持多专业协同设计。在植被密集区，通过调整航高与重叠率，可减少遮挡对建模精度的影响。该技术路径适用于地形起伏较大、隐蔽点多的城市景观工程，为工程全周期管理提供数据基础。

3. 数据处理与成果应用

3.1 数据融合与分析

无人机倾斜摄影生成的三维模型与数字高程模型（DEM）需与树木调查结果进行融合分析。针对植被覆盖区域，利用模型单体化技术提取树冠投影面积与高度参数，辅助绿化覆盖率计算[5]。树木覆盖面积公式如下：

其中，为树冠投影面积，为树冠直径，通过模型量测获取。该公式用于快速统计测区绿化现状，为景观设计提供量化依据。

隐蔽区域数据通过多视角影像补偿优化。对植被遮挡导致的建模空洞，采用局部补拍与点云插值结合的方法修复，确保地形连续性。土方量计算结果与设计标高对比后，生成挖填方平衡方案，减少土方外运量15%。

3.2 成果应用与价值

项目最终交付成果包括1：500地形图、三维实景模型、土方计算报告。地形图涵盖河道岸线、道路边线、高程点等要素，精度满足施工放样要求。三维模型支持工程多方协同设计，直观展示景观改造前后对比。

施工阶段，基于模型提取的坐标数据辅助定位放样，机械作业效率提升40%。竣工验收时，通过无人机复测生成新模型，与初期设计模型叠加分析，量化施工误差并验证工程质量。表1展示了传统方法与无人机技术在关键成果精度的对比，后者在隐蔽点位识别率与高程精度方面优势显著。

通过数据融合与成果应用，无人机技术显著提升景观工程测绘的全面性与可靠性，为生态修复与城市景观融合提供技术保障。

4. 应用效果与优势分析

4.1 效率对比分析

无人机倾斜摄影测量技术显著提升了景观工程测绘效率。传统方法依赖人工逐点测量，地形数据采集与处理周期长，隐蔽区域需多次补测。以本项目为例，无人机航摄2天完成测区全覆盖，较传统全站仪作业节省外业时间70%。数据处理阶段，三维建模软件自动化生成地形图与土方量报告，减少内业人工干预环节。

表2对比了关键工序的耗时差异。地形测量环节，无人机技术通过影像批量处理替代人工跑点，效率提升至传统方法的3倍；土方计算依托数字高程模型（DEM）自动统计，耗时缩短至2人天，而传统方法需7人天完成断面法计算。

4.2 精度验证结果

技术实施过程中，通过多级质量控制保障数据精度。像控点实测坐标与模型解算值对比显示，平面误差小于3厘米，高程误差小于2厘米，满足《工程测量标准》GB 50026-2020要求。植被密集区通过补拍与点云插值修复建模空洞，隐蔽点位识别率从传统方法的60%提升至95%。

土方量计算结果与施工实测数据偏差控制在3%以内，验证了方格网法公式的适用性。

4.3 经济性与工期优化

无人机技术综合成本较传统方法降低20%，主要节省于人工与设备租赁费用。外业人员需求减少50%，且无需砍伐植被开道，降低了生态修复成本。工期缩短30%，使景观工程提前进入施工阶段，间接减少管理费用支出。

土方平衡方案优化减少外运量15%，节省运输与回填成本约8万元。三维模型复用性强，竣工验收阶段无需二次测绘，进一步压缩项目周期。技术应用证明，无人机倾斜摄影测量在复杂景观工程中兼具经济性与实用性，为同类项目提供了可推广的技术范式。

5. 结语

本研究通过无人机倾斜摄影测量技术在夏驾河（南浜路-昆嘉路）景观提升工程测绘服务项目中的实践，验证了其在复杂地形数据获取中的高效性与可靠性。技术路线以多角度影像采集与三维建模为核心，结合像控点校正，解决了传统方法隐蔽区域数据缺失、土方计算精度不足等问题。案例表明，该技术可缩短工期30%、降低综合成本20%，同时保障隐蔽点位坐标误差小于3厘米，为景观工程提供了高精度、多维度的数据支撑。其非接触式测量模式与自动化处理流程，显著提升了复杂场景的测绘效率，为同类工程提供了可复用的技术范式，尤其适用于城市河道整治、生态修复等需兼顾精度与效率的场景，具有明确的工程应用价值。

参考文献

[1]潘书涵，刘珺，孙梦宇，等.基于无人机倾斜摄影测量的三维地质建模研究进展[J].四川地质学报，2023，43（04）：755-758+764.

[2]张春明.倾斜摄影测量在复杂场地土方计算中的应用[J].经纬天地，2023，（04）：34-37.

[3]付帅，任宁宁，刘佳琦，等.基于“无人机+Context Capture”技术构建三维实景智慧园区的实践研究[J].电子元器件与信息技术，2023，7（08）：228-232+236.DOI：10.19772/j.cnki.2096-4455.2023.8.057.

[4]李璞，刘东.对土方工程量计算方法精确性和适用范围的探讨[J].价值工程，2023，42（35）：124-128.

[5]丁月平.基于无人机影像的城市园林绿化更新研究[J].现代测绘，2023，46（02）：29-31+42.