无人机倾斜摄影测量在小型工程地形测绘中的应用研究

引言

在城市化与基建推进下，小型工程大量涌现，地形测绘关乎工程质量、进度与成本。传统全站仪、经纬仪等测绘法虽有精度，但效率低、劳动强度大且受地形制约，难以满足小型工程快速高效的测绘需求。无人机倾斜摄影测量技术结合无人机与倾斜摄影技术，经多角度拍摄和专业处理生成高精度测绘成果，具有灵活高效、成本低等优势，研究其在小型工程地形测绘中的应用，对工程建设和测绘技术发展意义重大。

1. 无人机倾斜摄影测量技术原理与流程

1.1 技术原理

无人机倾斜摄影测量技术深度融合摄影测量学原理，依托搭载垂直与 4 个倾斜相机的无人机，构建多角度拍摄体系。垂直视角影像用于生成数字正射与高程模型，倾斜视角则捕捉地物侧面细节，弥补垂直视角信息缺失，使影像数据更完整立体。在数据处理方面，该技术以共线方程为理论根基，结合相机内方位元素（主点坐标、主距等）与外方位元素（摄站点坐标、姿态参数），利用同名像点在多视角影像中的对应关系，精准计算地物三维坐标。再经数据整合与建模算法，将离散坐标转化为逼真三维模型，实现地形地貌与地物的可视化，为地形测绘提供有力的数据支撑，满足工程测绘需求。

1.2 技术流程

1.2.1 数据采集准备

数据采集前，需针对小型工程与测绘需求，实地勘察测区地形地貌、地物分布及空域限制。依勘察结果制定飞行计划，确定飞行高度、航线等关键参数。飞行高度需兼顾测区范围、地形起伏与影像分辨率，高度低虽分辨率高，但影响飞行效率；航线规划确保航向重叠度≥ 75%、旁向重叠度 ⩾65% ，满足建模需求。同时，全面检查无人机设备、相机及飞行控制系统运行状态，备好安全防护与应急设备，为数据采集筑牢基础。

1.2.2 数据采集

选择晴朗、无风或微风等适宜天气，将飞行计划导入无人机控制系统，按预定航线开展拍摄作业。飞行期间，实时监测无人机飞行状态、电量、姿态及影像质量，确保获取清晰完整的影像数据。一旦出现异常，如信号中断、设备故障，立即执行返航、重规划航线等应急措施，保障数据采集工作顺利完成，避免数据缺失与无效采集。

1.2.3 数据处理

原始影像需经多步处理才能形成可用成果。先进行预处理，通过去噪、色彩调整、畸变校正提升影像质量。再利用 ContextCapture 等专业软件实施空三加密，自动匹配同名像点，结合相机内外方位元素，计算地面点三维坐标，构建稀疏三维模型。接着基于此模型进行密集匹配生成点云，构建三角网生成三维模型，并提取数字正射影像与高程模型，最后完成编辑与精度检查，确保成果精准可靠。

1.2.4 成果输出与应用

将处理后的三维模型、数字正射影像等成果，依工程需求转换格式并编辑后输出。三维模型输出为 OBJ、FBX 等格式，便于在可视化软件浏览分析；数字正射影像与高程模型输出为TIFF、DEM 格式。在小型道路工程中，可优化选线、计算土石方量；在小型水利工程里，能辅助分析地形地物，为工程规划、设计与施工各环节提供直观且实用的数据支持。

2. 无人机倾斜摄影测量在小型工程地形测绘中的应用案例分析

2.1 小型山区道路工程案例

2.1.1 案例背景

某小型山区道路工程，全长约 2.5 公里，位于山区丘陵地带，地形起伏较大，植被茂密，传统测绘方法实施难度大、效率低。为获取准确的地形测绘数据，采用无人机倾斜摄影测量技术进行测绘。

2.1.2 应用过程

选用具备五镜头倾斜摄影功能的无人机，设定飞行高度为 180 米，采用网格航线规划，航向重叠度 85% ，旁向重叠度 75‰ 。在天气晴朗、风力较小的条件下，完成对测区的飞行拍摄，共获取影像数据 700 余张。将原始影像数据导入 ContextCapture 软件，依次进行影像预处理、空三加密、密集匹配和三维模型重建等操作，生成测区高精度三维模型，并提取数字正射影像和数字高程模型。

2.1.3 应用效果

经检测，该技术获取的地形测绘成果平面中误差为 ±4.5cm ，高程中误差为 ±7cm，满足道路工程设计精度要求。与传统全站仪测量相比，测绘效率提高了约 4 倍，大幅缩短了测绘周期，同时减少了人力投入和设备运输成本，为道路工程的设计与施工争取了时间，降低了工程前期成本。

2.2 小型水利工程案例

2.2.1 案例背景

某小型水库除险加固工程，需对水库周边地形、坝体及附属设施进行详细测绘，以制定合理的加固方案。测区范围约 0.8 平方公里，地形复杂，部分区域人工难以到达。

2.2.2 应用过程

使用多旋翼无人机搭载倾斜摄影相机，飞行高度设定为 150 米，航线采用环绕式与交叉式相结合的方式，确保对重点区域的全面覆盖，影像重叠度均达到 80% 以上。完成飞行拍摄后，获取影像数据 600 余张。通过 Pix4D 软件进行数据处理，生成三维模型、数字正射影像和数字高程模型。

2.2.3 应用效果

利用生成的测绘成果，工程人员能够清晰观察水库坝体的现状、周边地形地貌以及与周边地物的关系，准确计算坝体土石方工程量和库容，为水库除险加固方案的设计提供了精准的数据支持。与传统测量方法相比，无人机倾斜摄影测量技术不仅提高了测绘效率，还获取了传统方法难以测量区域的数据，保障了工程设计的科学性与合理性。

3. 无人机倾斜摄影测量与传统测绘方法对比

3 ∴1 效率对比

传统测绘依赖人工逐点实地测量，在地形复杂、面积大的小型工程测区，需耗费大量时间布设控制点、测量并记录数据，效率极低。与之相比，无人机倾斜摄影测量技术借助无人机快速飞行拍摄，能迅速完成大面积测区数据采集。虽数据处理需时，但整体作业周期大幅缩短。如本文案例所示，在同等规模测区，该技术测绘效率可达传统全站仪测量的3-4 倍，极大提升工程前期测绘进度。

3.2 精度对比

传统测绘方法在控制点分布均匀、操作规范时精度较高，但在地形复杂、控制点难布设区域，精度受显著影响。而无人机倾斜摄影测量技术，通过优化飞行参数、提升影像分辨率与采用先进算法，其测绘成果的平面和高程精度可满足小型工程需求。尤其在大面积地形测绘中，该技术精度一致性佳，还能通过增加控制点、优化流程进一步提效，在精度稳定性和可靠性上表现突出。

3.3 成本对比

传统测绘需投入大量人力成本，包含人员工资与培训费用，同时全站仪等设备的购置、维护及运输成本高昂，复杂地形下还会产生雇佣向导等额外支出。而无人机倾斜摄影测量技术主要成本为设备与软件购置，随着技术发展，其价格持续下降，且设备可重复利用。在小型工程地形测绘，尤其大面积测区中，无人机倾斜摄影测量技术的综合成本显著低于传统方法，成本优势极为突出。

结束语

综上所述，无人机倾斜摄影测量技术在小型工程地形测绘中优势显著、前景广阔。其能高效精准获取测绘数据，生成高质量成果，满足多样化需求，在效率、精度与成本方面优于传统方法，为工程建设提供可靠数据。但该技术受恶劣天气限制，数据处理对硬件要求高且耗时长，高精度场景下精度不足。未来，随着多技术创新发展，有望在硬件性能、算法优化、环境适应性上突破，实现更广泛深入应用，发挥更大作用。

参考文献：

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