无人机倾斜摄影技术规范（国投微课堂|无人机倾斜摄影技术的大比例尺地形图测绘方法）
无人机倾斜摄影技术的大比例尺地形图测绘方法
无人机作为一种新型的低空遥感对地观测手段，能够方便地获取高分辨率影像，具有操控简单、获取影像周期短、机动性强、经济便捷等特点，可替代全野外数字测图同时也弥补传统航测成本高、飞行窗口要求高、生产组织困难等诸多不足，极大地提升作业效率，受到广泛的好评和运用。
近年来，随着城市改造、农村宅基地确权、道路桥梁设计、工程项目精细设计、征迁测量等对大比例尺地形图的需求日益增大，但传统的大比例尺地形图主要靠人工使用全站仪、GPS-RTK等设备全野外人工采集数据，然后内业加工处理生产。这种作业方式，时间长、效率低、成本高、人工劳动强度大，生产进度还受到作业期间天气的影响，已远不能满足需求。如何提高作业效率、降低生产成本，缩小野外作业量是当今获取大比例尺地形图的迫切要求。
随着小型旋翼无人机的快速发展，基于倾斜三维模型的祼眼测图方法受到各个测绘单位的欢迎，目前已广泛应用于工程项目中。采用单镜头相机进行高精度的无人机倾斜摄影测量，将在小范围大比例尺地形图生产、 “多测合一”等领域发挥重要作用。
下面介绍如何利用大疆P4R无人机倾斜摄影测量的方式进行三维实景建模及大比例尺地形图生产。
倾斜摄影测量技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，利用照片进行三维重建成为一项关键性的技术。
倾斜摄影测量是一种通过飞行平台搭载多个相机，同时从垂直、倾斜多个不同角度进行影像拍摄，获取地面物体完整信息的摄影测量技术，该技术集成GPS/INS技术(全球定位系统与惯性导航系统)，可快速获取数字地表模型(DSM)，经过后期数据处理可进一步获得数字高程模型（DEM）、数字正射影像(DOM)、数字线划地图（DLG）等产品。
主要步骤如下：
1、利用无人机获取测区倾斜、正射五个角度影像，利用RTK采集地面控制点坐标。
2、将外业获取的数据导入ContextCapture软件中，进行空中三角测量、重建项目区三维模型和生产数字正射影像dom。
3、利用三维模型和dom在清华山维eps里进行祼眼测图。
获取项目区倾斜影像、pos数据和地面控制点三维坐标
1）按每平方公里8-10点密度均匀布设地面控制点，利用RTK采集标志点的三维坐标。
根据测区地表情况，可选择以下几种方式布设地面控制点。控制点的标志物与地表颜色形成鲜明对比，反差越大效果越好。
2）准备一台大疆p4r无人机，新建一个飞行任务，在遥控器界面选定要飞行的区域，进行规划航线、设定航高、摄影角度、影像重叠度、返航高度等一系列设置，然后执行飞行，获取项目区影像和pos数据。
a.选择规划方式，井字飞行或五向飞行
图 / 规划方式
b.井字飞行规划界面
图 / 井字飞行
c.五向飞行规划界面
图 / 五向飞行
d、设定航高、倾斜角度、影像重叠度、返航高度后在规划航线界面点击调用执行飞行。
航高、飞行速度
相机设置
重叠率设置
e．获取航拍照片和提取照片中pos数据。将获取的pos大地坐标和大地高转换成项目所需的平面直角坐标和85正常高。
图 / 航拍照片
图 / pos数据
利用ContextCapture软件进行空中三角测量、重建项目区三维模型和生产数字正射影像（dom）
ContextCapture 是基于图形运算单元GPU的快速三维场景运算软件，能够运算生成基于真实影像的超高密度点云，优势在于全自动、快速和稳健，以及优化的数据输出格式和广泛的数据源兼容性，不需要人工的干预便可以生成逼真的三维场景模型。该软件包括 Master、Engine、Viewer 三个主要模块，其中 Master 模块主要负责任务创建、任务管理及监视任务状态；Engine 模块是引擎端，负责任务的处理；Viewer 模块则主要用来浏览生成的三维场景与模型。
图 / ContextCapture 三个模块
1） 创建工程
创建工程前需准备好相机参数、影像坐标列表、像控点坐标列表，其中相机参数列表内容包括相机焦距、相片像素、传感器尺寸、相机之间相互位置关系等信息。在软件中新建工程，并创建一个区块。在影像选项卡界面逐一添加影像、相机参数、影像坐标高程。
在surveys界面导入地面控制点数据。完成像控点刺点，有效的控制点集合包括三个或者三个以上控制点，每个控制点需有两张及以上影像刺点。
图 / 影像选项卡设置
图 / 地面控制点刺点
2)空三加密
第1部基础数据输入完成后，切换至概要选项卡，点击提交空中三角测量，软件自动解算。
图 / 空三计算
空三加密及后续点云生成工作是由软件自动解算完成的，软件结合影像外方位元素和地面控制点数据，先根据特征提取算法对影像进行特征提取，并建立连接点和连接线、控制点坐标以及 POS 数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合平差计算，得到每张像片的外方位元素以及所有加密点的物方坐标。
3）实景三维建模及生产dom
空三计算完成检查合格后，点击概要选项卡，再点击提交新的生产项目，依次新建三维模型（OSGB格式）和dom两个任务，打开软件引擎模块，计算机自动处理任务。
图 / 重建项目
在进行该步骤之前，软件会根据计算机的性能将项目分割成若干个瓦片进行单独的模型重建，这可解决计算机性能的不足，也方便采用集群运算模式时的任务分配。根据空中三角测量运算出的影像外方位元素，通过多视影像密集匹配即可获得高密度的地表点云。三维自动建模基于高密度点云构建不规则三角网，对不规则三角网进行自动纹理映射，生成基于真实影像纹理的三维实景模型。生成的模型包含了高密度点云、不规则三角网、真实影像纹理3种信息。生成的倾斜三维模型成果的精度直接决定了最终成图的精度。三维模型生成后系统还可继续生成DSM、DOM。
图 / 三维模型
图 / 数字正射影像（dom）
清华山维eps测图
由上一步生成的OSGB格式的三维模型和TIF格式的dom超大影像导入清华山维eps裸眼测图。
图 / 清华山维eps裸眼测图
图 / dom与dlg套合图
无人机摄影测量具有灵活快速、高效便捷、成本较低、影像分辨率高等特点大大促进了倾斜摄影测量技术的发展。倾斜摄影测量彻底改变了人工建模的弊端，通过自动化的数据处理手段大大加快了大场景精细三维模型的生成速度。倾斜摄影测量技术也颠覆了传统低空摄影测量只能从垂直角度获取数据的局限，在无人机上同时搭载多个传感器，从多个角度获取影像数据，能够更加真实全面立体反映地表物体的局部细节和整体层次。利用倾斜摄影测量技术获取丰富的纹理信息数据，生成密集三维点云和TIN 格网模型，结合自动化实景建模模型，实现三维场景的快速、高效、低成本的真实还原。
倾斜摄影测量用于生产三维模型的成果，可以说是应用范围相当广泛，除了在我们的传统测绘上，同时还可以延伸到很多行业应用场景下，比如资产评估、公共安全、文物保护、规划设计、公安消防、应急环保、房地产、智慧景区等方面，配合P4RTK便携的设计，简易的操作流程和完备的安全机制，使得外业更加轻松。
作 者|孙中才（交规设计院）
编 辑|王诗雨（智投公司）
校 对|方致远（襄投能源）
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