基于无人机倾斜摄影的实景三维建模在工程测量中的应用研究

一、无人机倾斜摄影测量技术原理与系统构成

（一）无人机硬件系统组成

飞行器平台用碳纤维等高强度轻质材料制造机身、机架，旋翼设计适合飞行稳定。动力系统涵盖电机、电子调速器、螺旋桨以及电池，电机在电子调速器控制下带动螺旋桨引发升力，电池为整个系统提供持续电力，飞行控制与管理系统把微处理器以及多种传感器组合在一起，实时收集姿态数据并进行反馈调整同时保证定位准确、飞行稳定。测控部分包含遥控遥测设备、信息传输模块，实现对飞行控制、测绘数据回传，任务载荷一般装有五镜头传感器组，其中一个是垂直拍摄地面的相机，另外四个是倾斜角度在 40^∘ 到 60^∘ °之间的侧视相机，大疆 M300 无人机可以同时采集五个视角图像，单张图像分辨率达到 6000×4000 像素，地面分辨率超过 5 厘米，机械快门设计防止高速飞行时图像模糊，RTK 模块提供厘米级的定位增强。

（二）倾斜摄影测量关键技术

多角度同步采集技术用垂直镜头拍摄地物顶部的纹理，用倾斜镜头获取建筑物侧面的信息因此解决传统摄影测量中侧面存在盲区问题。影像匹配依靠识别相同特征点，也就是在不同角度影像中找到表示同一地物的像素点，再结合 POS 数据计算物体的三维坐标，空中三角测量加密是控制几何精度的重要步骤： 第一步是从多个角度影像中提取特征点并建立这些点之间的对应关系，构建三角网模型；第二步是引入地面控制点进行绝对坐标的校正，通过多次平差运算改进影像的外部方位参数。

航线规划要把航向重叠度设为 80% 以上，旁向重叠度设为 70% 以上，这样可以防止模型出现空洞。对于高层建筑或地形遮挡的地方，要用环绕飞行以及手动补拍的方法来获取完整的纹理信息，像控点的布置要均匀分布，标志物的颜色要以及背景有明显区别，使用网络 CORS 模式可以提高 GNSS-RTK测量精度，平面坐标误差控制在 0.03 米以内，高程误差控制在 0.09 米以内（符合 1：500 地形图规范），点云生成后，通过建立三角网以及进行纹理映射来构建实体模型，密集点云密度要达到每平方米 200个点以上，以保证建筑物边缘的几何精度。

二、实景三维建模全流程实施方法

（一）工程适应性航拍规划

设定飞行高度时要把地形复杂程度、目标精度考虑进去。在平坦地区用 70 米飞行高度，图像分辨率可以达到 3 厘米；在丘陵或建筑密集地方把飞行高度提高到 100 到 200 米，分辨率保持在 5 到 10 厘米，航向重叠度要达到 80% 以上，旁向重叠度要达到 70%以上，这是防止三维模型出现空洞关键条件，让云台倾斜 45 度，可以把建筑物的立面纹理完整拍下来，带状航线适合用来测量线性工程，环形飞行能补充高层建筑侧面信息不够。光照条件对纹理质量有直接影响，最好选夏天上午的时间段进行飞行，飞行速度控制在 15 米每秒，这样效率、影像清晰度都能兼顾，在复杂区域用手动拍摄的方式补上被遮挡的部分，树木挡住的房屋角落或者信号塔的底部。

（二）像控点布设与精度控制

像控点按每平方公里 9–10 个均匀分布，避开航向与旁向重叠带中心区。点位固定在平坦硬化地表，圆形标志用于纹理丰富区，十字标志适配地物稀少区，红白配色提升影像识别度。GNSS-RTK 测量采用网络 CORS 模式，30 秒平滑采集抑制信号波动，平面坐标通过 3 个基准点转换参数解算。高程误差控制在 ±0.1m 内，平面坐标中误差 ⩽0.03m 。控制点刺入空三加密环节，纠正无人机定位偏移与POS 数据系统误差。

图 1 重叠带中心区

（三）数据处理核心流程

原始影像匀光处理消除色差畸变，特征点提取建立多视角同名点关联。空中三角测量联合 POS 数据与控制点坐标，构建自检校区域网平差模型，经多轮迭代将外方位元素解算误差压缩至 1/3 像素内。密集匹配生成点云密度 ⩾200 点/㎡，地物几何形态还原误差小于 0.05m. 。不规则三角网（TIN）模型自动修复孔洞与结构缺陷，几何优化后映射纹理。

纹理贴合依据分辨率与光照筛选最佳影像像对，建筑物立面维持 6000×4000 像素分辨率。模型几何精度验证采用 10 个检查点对比 GNSS-RTK 实测值，平面位置误差 Δ 平面 Γ=√（ΔX²+ΔY²）⩽0.03 9m ，高程误差 ΔH⩽0.090m ，符合 1：500 地形图Ⅰ级精度标准。

三、工程测量应用验证与效能分析

（一）模型几何精度评定

​​（一）模型几何精度评定​​

平面位置误差计算采用公式，高程误差定义为ΔH=H′−H。选取10个检查点进行模型坐标与GNSS-RTK实测值对比，结果显示平面最大误差0.066m，中误差0.039m；高程最大误差0.143m，中误差0.090m。参照1：500地形图规范（平面精度≤0.3m，平地高程中误差≤0.37m），所有指标均满足Ⅰ级精度标准。三维模型对建筑边缘、道路边线等细节的几何还原度优于0.05m。

（二）工程实施效能对比​

表 1 成本分析表

成本分析表明：倾斜摄影技术减少外业人员投入 50% ，总工期压缩 40% ，且自动化建模降低 75% 人工干预。 0.8km² 区域测绘任务中，传统方法需 5 天，倾斜摄影仅需 3 天完成数据采集与处理。

（三）典型工程场景应用

建筑立面测绘时使用五镜头模型，分辨率达到 6000×4000 像素。窗框、排水管等构件尺寸测量误差小于 2 厘米，高层建筑采用环绕飞行方式，可以消除侧面盲区。土方工程测算依靠点云生成数字高程模型，挖填方量计算误差控制在 3% 以内。58 万平方米校园区域土方测算时间，从传统方法需要120 小时减少到 28 小时，效率提高 76.7%₉ 。农村不动产登记的实际应用表明，房屋面积测量精度达到±2% （传统方法为 ±5% ），宅基地界址点平面误差不超过 0.05 米，符合《不动产登记暂行条例》对精度要求。三维权籍图能够有效处理复杂的产权边界争议问题。

参考文献

[1]冯木养.无人机倾斜摄影测量在农村房屋不动产测绘中的应用[J].测绘与空间地理信息，2025，48（08）：217-220.

[2]向松林.无人机倾斜摄影测量技术的 5 镜头与 2 镜头建模分析[J].绿色科技，2025，27（14）：220-223+278.DOI：10.16663/j.cnki.lskj.2025.14.029.

[3]陈锋，高强.基于无人机倾斜摄影测量的城市实景三维建模与精度分析——以湖北H校园为例[J].黄冈职业技术学院学报，2025，27（03）：88-92.