无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用研究

一、引言

大比例尺地形图是详细表示地表地物、地貌等信息的重要基础地理资料，在城市规划、工程建设、土地管理等众多领域有着不可或缺的作用。传统的大比例尺地形图测绘方法，如全站仪测量、平板仪测量等，存在作业效率低、劳动强度大、受地形条件限制等问题。随着无人机技术和摄影测量技术的不断进步，无人机倾斜摄影测量技术应运而生，为大比例尺地形图测绘带来了新的解决方案。该技术能够快速获取高分辨率的多角度影像数据，通过数据处理和建模，实现地形图的高效测绘，具有广阔的应用前景。

二、无人机倾斜摄影测量技术原理

2.1 无人机系统

无人机作为搭载平台，主要由飞行器、飞行控制系统、数据传输系统、电源系统等部分组成。飞行器提供飞行能力，确保在预定区域稳定飞行；飞行控制系统负责控制无人机的飞行姿态、航线规划与导航，保证按照设定的任务要求进行飞行作业，能实现自主起飞、巡航、降落等功能，具备高精度的定位和姿态控制能力，以确保拍摄的影像具有良好的重叠度和精度；数据传输系统用于实时传输无人机飞行状态信息和拍摄的影像数据，便于地面操作人员实时监控和掌握飞行情况；电源系统为无人机各部件提供电力支持，保障无人机能够完成预定的飞行任务，不同类型的无人机根据其续航能力和作业需求，配备相应的电池或燃油动力系统 。

2.2 倾斜摄影相机

倾斜摄影相机是获取影像数据的关键设备，通常由多个不同角度的相机组成，一般包含一个垂直向下拍摄的相机和多个倾斜一定角度（如 45^∘ 或 60^∘ ）拍摄的相机。这些相机在同一时刻从不同视角对地面目标进行拍摄，能够获取目标地物丰富的侧面纹理和几何信息。不同类型的倾斜摄影相机在像素、焦距、视场角等参数上有所差异，可根据测绘任务的精度要求和作业区域特点选择合适的相机 。

2.3 数据处理流程

无人机采集到的影像数据首先要进行预处理，包括影像格式转换、去噪、辐射校正等操作，以提高影像质量；通过在影像上识别同名点，利用摄影测量原理进行空中三角测量，计算出每张影像的外方位元素（位置和姿态信息）以及加密点的三维坐标，从而构建起区域网平差模型，实现对整个测区影像的整体平差处理；基于平差后的影像数据和加密点坐标，利用数字摄影测量软件进行立体像对匹配，生成数字表面模型（DSM）和数字正射影像图（DOM）；利用专业的测绘软件，结合DSM和DOM数据，对地形图要素进行采集和编辑，如地物的轮廓、位置、属性等，最终生成大比例尺地形图。

三、无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的优势

3.1 高效快速

相比传统测绘方法，无人机倾斜摄影测量能够在短时间内完成大面积测区的数据采集工作。无人机可按照预设航线快速飞行，一次飞行就能获取大量影像数据，大大缩短了外业工作时间。例如，对于一个面积为 10 平方公里的测区，传统全站仪测量可能需要数周时间，而采用无人机倾斜摄影测量，一天内即可完成数据采集，再加上后续的数据处理时间，整个测绘周期可大幅缩短 。

3.2 成本较低

使用无人机进行测绘，无需大量的人力和复杂的测绘设备，减少了人工成本和设备租赁成本。同时，由于无人机的飞行灵活性，可减少因地形复杂导致的额外作业成本。例如，在山区等交通不便的地区，传统测绘需要投入大量人力物力进行交通保障和设备搬运，而无人机可直接到达作业区域进行数据采集，降低了作业成本 。

四、无人机倾斜摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用流程

4.1 测区规划

在进行无人机倾斜摄影测量前，需要对测区进行详细规划。根据测区的范围、地形地貌、地物分布等情况，确定无人机的飞行航线、飞行高度、重叠度等参数。利用专业的航线规划软件，结合测区的地理位置信息，设计出合理的航线，确保无人机能够全面覆盖测区且拍摄的影像具有足够的重叠度，一般航向重叠度设置在 60% - 80% ，旁向重叠度设置在 30% -60% 。

4.2 像控点布设

像控点是连接地面坐标系统和影像坐标系统的控制点，其布设的合理性和精度直接影响到测绘成果的精度。在测区内均匀选取明显、稳定的地物点作为像控点，如道路交叉点、建筑物墙角等。采用高精度的测量仪器（如GPS接收机）对像控点进行实地测量，获取其精确的三维坐标，并在影像上准确标记出像控点的位置 。

4.3 数据采集

按照预定的航线和参数，操控无人机进行飞行作业，采集影像数据。在飞行过程中，实时监控无人机的飞行状态和数据传输情况，确保数据采集的顺利进行。若遇到天气变化、设备故障等突发情况，及时采取相应措施，如暂停飞行、返航等 。

4.4 数据处理

对采集到的影像数据进行预处理、空中三角测量、数字表面模型生成、数字正射影像图制作等一系列数据处理工作。在数据处理过程中，需要对处理结果进行质量检查和评估，如检查空中三角测量的精度、DSM和DOM的质量等，若发现问题及时进行调整和优化 。

4.5 地形图绘制

利用数字正射影像图和数字表面模型，结合专业的测绘软件，进行地形图要素的采集和编辑。按照国家相关地形图图式标准，对地形、地物等要素进行分类、编码和绘制，生成大比例尺地形图，并对地形图进行整饰和注记，使其符合制图规范 。

4.6 精度验证

通过实地测量部分地物点的坐标，与地形图上相应点的坐标进行对比，计算平面位置中误差和高程中误差，对地形图的精度进行验证。若精度不满足要求，分析原因并对数据处理和地形图绘制过程进行改进，直到满足精度要求为止 。

五、结论

无人机倾斜摄影测量技术凭借其高效快速、成本低、数据丰富、高分辨率影像以及受地形限制小等优势，在大比例尺地形图测绘中具有显著的应用价值。通过合理的测区规划、像控点布设、数据采集与处理以及精度验证等流程，可以生成满足精度要求的大比例尺地形图。然而，在应用过程中也面临着影像质量受天气影响、数据处理工作量大、地物遮挡和精度控制难度等问题，通过采取相应的解决对策，如合理选择作业时间、提升硬件性能与优化算法、结合其他测绘技术以及优化像控点布设与测量等，可以有效克服这些问题，进一步推动该技术在大比例尺地形图测绘领域的广泛应用和发展。随着技术的不断进步，无人机倾斜摄影测量技术在未来的大比例尺地形图测绘中有望发挥更大的作用，为城市建设、土地管理、资源调查等众多领域提供更加精准、高效的地理信息服务 。