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

1 引言

在城市化快速推进的背景下， 获取高精 传统测绘方法在面对复杂地形和密集建筑群时，存在效率低下、 测量技术这一创新解决方案，该技术通过多角度影像采集和智 研究重点探讨该技术在大比例尺地形图测绘中的应用效能，分析其 成方面的技术优势，为现代测绘工作提供高效、安全的新范式。研究成果将为提升 绘 效率 重要理论支撑和实践指导，对推动测绘学科发展具有重要意义。

2 无人机倾斜摄影测量系统组成与原理

2.1 系统组成

2.1.1 飞行平台

无人机倾斜摄影测量系统的飞行平台很重要，有多种类型，各有特点和适用场景。固定翼续航久、范围大，适大面积测绘；多旋翼灵活、可悬停，适复杂地形；直升机用于特定高精度或长时间悬停任务。无论哪种平台，都要稳定、准确、灵活、有续航能力，还需配备辅助设备和系统，如电池、控制系统、通信系统、传感器等。

2.1.2 传感器

无人机倾斜摄影测量系统的传感器以相机和位置姿态测量系统为主。在倾斜摄影测量系统中，相机属于关键的传感器，其作用是获取地面物体的影像信息。为契合倾斜摄影测量的需要，相机常常运用多镜头规划，可以同时自不同角度拍摄地面物体，获得多个视角的影像。这些影像具备高分辨率、高重叠度与高清晰度等特性，为后续的三维建模及数据处理给予了丰富的信息。

POS 系统的作用是获取相机于拍摄 的位置与姿态信 也就是相机的空间位置及姿态角（涵盖俯仰角、滚转角与偏航角）。POS 系统一 性测量单元构成。借由将 GNSS 接收机和 IMU 的测量信息予以融合，可以得出相机在拍摄过程 的精 位置与姿态信息，为以后进行更改的影像与三维建模提供了重要的基础。

2.1.3 数据处理软件

无人机倾斜摄影测量数据处理软件种类丰富，各具特色。Bentley 公司的 ContextCapture 能快速构建高保真三维模型；Pix4Dmapper 支持多光谱数据，流程自动化；Agisoft 的 PhotoScan/Metashape 可生成高精度点云和DEM，并支持分布式处理；武汉大学的DPGrid 以高性能计算和大存储见长；Trimble 的Inpho 擅长空三加密和自动匹配。选择时需综合考虑数据需求、设备兼容性和操作习惯，灵活组合多款软件可能获得更优成果。

2.2 倾斜摄影测量原理

2.2.1 多视角影像拍摄

倾斜摄影测量通过不同角度拍摄地表物体，获取三维几何和纹理信息，相比传统垂直摄影更具真实性和精确性。多视角影像是关键环节，需多个相机同步拍摄，以覆盖目标全方位细节。其原理基于光学成像，不同视角的影像经后期处理可重建三维模型。

2.2.2 空中三角测量

倾斜摄影测量通过多角度拍摄（如垂直、倾斜等）获取目标的三维几何与纹理信息，相比传统垂直摄影能生成更真实、精确的模型。其核心在于利用多相机同步采集同一目标的不同视角影像，基于光学成像原理，通过光线在感光元件上的聚焦差异记录物体细节。关键要点包括：相机选型需匹配分辨率与视场角；合理设置拍摄角度、距离及影像重叠率；同时需控制光照、风速等环境因素以确保成像质量。科学的拍摄方案是后续三维重建的基础，直接影响模型的精度与完整性。

倾斜摄影测量三维建模流程包 镜头相机采集多角度重叠影像；利用相机标定确定内外方位元素；基于S 量解算影像位姿；生成密集点云后构建三角网模型；最后进行纹 xtCapture 等专业软件，可实现厘米级建模精度，具有效率高 用 成本低（较传统方式节约 60% 以上成本）等优势，特别适用于复杂地形测绘， 监测等领域展现出色应用价值，其多视角采集方式能完整保留建筑立面等传统航测难以获取的细节特征。

2.3 精度分析及影响因素

无人机倾斜摄影测量的精度评 对精度和可靠性三个维度进行综合考量。在绝对精度方面， 正分析来实现；相对精度评估则侧重于平面位置、 时间稳定性和用户操作一致性等因素。影响测量 飞行参数（高度、速度和航线设计）、环境条件（天 影像重叠度设置）等。这些因素相互关联，共同决定了最终三 进行系统规划和优化配置。

3 大比例尺地形图测绘的流程与方法

3.1 传统地形图测绘方法

3.1.1 全野外测量

全野外测量是传统地形测绘的 过实地采集地 置和高程数据实现地形图制作。其工作流程主要包括三个关键 GPS 定位等方法建立高精度控制网，为后续测量提供基 设备采集地形特征点数据，其中全站仪凭借高效精准的特点成为 等专业制图软件对测量数据进行处理，生成符合规范的地形图成果。 该方法虽然 强度较大， ，尤其适用于高精度测绘和小范围区域测量任务。

3.1.2 航空摄影测量

航空摄影测量是利用航摄平台获取地表影像进行地形测绘的重要技术。其标准作业流程包括：首先制定飞行计划，确定航高、重叠度等参数；然后通过专业航摄相机获取高分辨率影像；接着进行影像预处理（辐射校正、几何校正）；利用空中三角测量解算影像外方位元素；基于空三成果生成数字高程模型（DEM）并制作正射影像；最后通过人工解译或自动化识别提取地形要素，完成地形图制作。该技术优势显著：单架次可完成数十平方公里测绘，平面精度可达厘米级，特别适合大范围地形测绘任务。通过三维建模还能实现地形可视化分析。但需注意，该方法受云层、能见度等气象条件制约，且需要专业设备和数据处理软件支持，初期投入成本较高。在实际工程中，常与地面测量手段配合使用，以确保测绘成果质量。

3.2 基于无人机倾斜摄影测量的测绘流程

3.2.1 影像获取与预处理

无人机倾斜摄影测量技术凭借其高 成为现代 例尺地形图测绘的重要解决方案。该技术的工作流程始于严 （如多旋翼或固定翼）和五镜头倾斜相机，合理规划航 行安全。获取影像后需进行系统化预处理：通过辐射校 畸变问题，并建立影像间的精确空间关系。这些预处理步骤为 奠定 基础，期间还需持续进行质量检查，及时发现并修正问题，从而保障 到厘米级精度要求

3.2.2 区域网划分与像控点布设

区域网划分意为把测区依照特定规则划分成若干小区域，每个小区域被称作一个区域网。展开无人机倾斜摄影测量时，需结合测区的地形、地貌以及建筑物分布等状况，科学地划分区域网，从而确保测量的精度与效率。如图3.1 所示。

像控点布设是无人机倾斜摄影测量的关键环节，其核心在于通过科学布设地面控制点来保证空三解算精度。具体实施需遵循以下原则：首先应根据测区地形复杂度和建筑密度划分区域网，一般平坦区域每平方公里布设 5-8 个点，复杂地形需适当加密；其次要选择永久性地物特征点（如道路交叉口）作为像控点，确保其在影像上清晰可辨且分布均匀；布设时需采用" 中心区域加密、边缘适当控制" 的策略，并使用专业测量标志（如L 型标靶）；最后必须采用 GNSSRTK 或全站仪进行厘米级坐标测量，平面和高程中误差应分别控制在 2cm 和3cm 以内。规范的像控点布设可将模型平面精度提升至1-2 倍GSD，是保证测绘成果精度的基础保障。

3.2.3 空中三角测量

无人机倾斜摄影测量中的空中三角测量是构建三维模型的核心技术环节，其精度直接影响最终测绘成果质量。空三处理流程主要包括：首先对多视角航拍影像进行预处理，包括相机参数检校和影像质量筛选；然后通过 SIFT、SURF 等特征提取算法自动识别影像特征点；运用多视匹配技术建立跨影像同名点连接；基于光束法平差原理，联合控制点坐标解算影像外方位元素，构建区域网模型。现代空三处理已实现全自动化，采用多核并行计算可快速完成千张影像的解算，平面精度可达 1-3 像素。为确保质量，需进行连接点均匀性检查、控制点残差分析等精度验证，对大型项目还需采用分区平差策略。优化的空三处理不仅提高模型几何精度，也为后续密集匹配和三维重建奠定基础。

3.2.4 密集匹配与点云生成

无人机倾斜摄影测量的密集匹 技术环节。该流程首先对多角度航拍影像进行预处理，消除畸变和辐 ；再运用多视立体匹配技术生成密集三维点云。关键技术 结合光束法平差优化点云空间位置，并通过滤波算法剔除噪点 精度， 据地形复杂度调整匹配参数，城市区域建议采用小基线高重叠航拍方案。最终 性和几何精度要求，为数字表面模型和三维建模提供可靠基础。

3.2.5 地形图绘制与精度评定

具体而言，我们首先要借助倾斜 取影像数据，然后对其进行处理，构建出高精度的三维点云模型。接着，运用专业的地图绘 图。在绘制地形图期间，依照实际所需，增添各类地图元素，诸如道 会利用诸如平面精度、高程精度等精度评定指标，对地形图进行精度评 测绘成果质量的关键指标，为后续的工程设计和施工给予稳固的依据。与此同时 对精 展 分析和概括，针对存在的问题给出改进举措，用以提升测绘成果的质量和精度。

3.3 精度控制与质量检查

3.3.1 像控点测量精度控制

首先，在布置防控点时，需要遵循特定的布设原则。像控点应当布置在飞行方向与旁向交集的公共区域，并且要均匀分布，以确保控制点能够有效地控制整个测区。其次，在测量像控点时，要使用高精度的测量工具，并严格按照测量规范进行操作，以保证测量精度。具体来说，需要注意以下几点：其一，要保证工具的稳定性和准确性，定期对工具进行校准和检验；其二，要选择合适的测量方法和测量时间，例如采用静态测量或快速静态测量的方法，避免恶劣的天气条件等；其三，测量得到的信息要被进行严格的质量审查与处理，来保证快速发现并消除异常信息，以确保测量信息的可信度。最后，对精度进行审查。通过与已知控制点进行对比分析，评估像控点测量精度是否符合要求。如果不符合要求，应立即采取措施进行改进和优化，以确保后续成图的精度。

3.3.2 空中三角测量精度控制

空中三角测量精度控制 过程质量控制体系。关键控制措施包括：像控点需按" 个点，复杂地形加密至8-10 个点，采用 L 型标靶并确保影 点偏移等内方位元素，标定残差控制在1/3 像素内； 像控点平面残差≤2cm、高程残差≤ 3cm 建立 模型接边精度验证。通过 ISO 质量管理体系认证的作业流程， 足 1：500 地形图测绘要求。

3.3.3 三维建模精度控制

于精度把控上 先在 仪展开观测时，要留心对中与整平，严密依照操作规程施 在碎部点测量里，要关注测量距离、角度以及高差 借助多种手段搜集数据，例如地面激光扫描、航空摄影 不同的融合方式，例如基于特征的融合方式、基于图像的融 校验建模的精准性。在建模进程中，理应注重数据的精准性与完整 模型 验 以及质量控制等方面。

3.3.4 地形图质量检查方法

地形图质量检查是确保测绘成果可 性的关键环节，需建立系统化的质量控制体系。主要检查内容包括：数学精度检测（平面位置中 素完整性核查（地物遗漏率 <1% ）；逻辑关系验证（地物拓扑关系 率≥ 98%）；图幅接边检查（接边误差 ⩽0.2mm ）。采用" aReviewer）进行自动化检查，同时辅以不少于 5% 的实地 目部专检、业主单位验收），确保成果符合《城市测量规范》（CJJ/T8 求。 所有检查需形成书面记录，对发现的问题实行闭环管理。

结论

无人机倾斜摄影测量技术通过集成多角度影像采集与智能处理系统，构建了从数据获取到三维建模的完整测绘工作流，其厘米级精度完全满足大比例尺地形图测绘要求，相比传统方法显著提升了作业效率与成果质量。研究建立的标准化作业流程和质量控制体系，不仅解决了复杂环境下测绘作业的难题，还能同步输出三维实景模型等多维地理信息产品，为智慧城市建设和工程勘测提供了创新解决方案，展现了该技术在现代测绘领域的广阔应用前景。

参考文献

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