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摘要: 倾斜摄影测量法是近年来在国际测绘领域中新兴的高科技，已应用于城市的快速三维建模. 由于目前常用的大型地形图测绘方法不能同时满足快速制图的时间和成本要求，因此提出一种利用倾斜摄影测量技术对大型地形图进行测绘的方法，该方法充分利用无人机倾斜摄影测量技术的灵活性. 低成本和高效率的优点是，倾斜图像可以自动生成3D模型和点云，从而简化了后续的绘制工作. 通过评估试验获得的徐兰县大型地形图表明，结果的平面精度达到0.140 m，高程精度达到0.150 m，符合大型地形图的精度要求，适合于小比例尺大型地形图的快速制图.

关键字: 倾斜摄影测量技术；大型地形图；真实场景3D模型；点云绘制过程

大型地形图包含详细的地形元素和地理信息，并且是城市规划，市政公用事业和土地管理的基本基本数据[1-2]. 目前，常用的地形图测量方法面临着工作效率低，制图周期长，无法快速制图的紧迫问题[3]. 例如，航空摄影测量技术要花费大量的人力和物力来测量小范围的地形，其精度无法满足1: 500地形图的测量精度[4]； GPS-RTK具有卫星限制，地面干扰，缺乏冗余观测和海拔数据. 准确性和其他问题[5-7]；具有分米级分辨率的遥感图像无法绘制地形图； 3D激光扫描测绘手动测绘过程局部地形精度损失较大，设备价格难以推广.

斜摄影技术（斜摄影技术）作为国际测绘领域的高新技术，近年来可以快速有效地获得客观，丰富的信息资源，在信息化测绘领域进行了许多探索. 地面数据信息[8]. 这项技术打破了过去只能从垂直角度拍摄正射影像的限制. 通过安装多个传感器来收集来自不同角度（例如一个垂直和多个倾斜角度）的图像. 获得更高的分辨率，更大的视野以及更详细的功能信息数据[9-11]. 在拍照的同时，机载传感器记录了诸如高度1 500地形图精度要求，速度，航向和横向重叠，坐标等参数的参数，并嵌入了地理信息和图像信息，从而使图像数据真正反映了地面状况[12]. . 使用倾斜摄影测量法测量和绘制地形图，充分利用了低成本，灵活性，射击范围广，飞行速度慢等一系列优点. [13-14]，简单的手动后处理数据，减少了工作量，映射周期短，映射速度快. 适用于地形条件复杂的小区域的航测. 文献[15]使用固定翼无人机低空飞行来收集图像，通过照片控制测量，空对空加密并收集特征点和线来制作高分辨率DOM，但本文并未绘制和评估地形图映射并忽略了手动绘制过程中的错误. 文献[16]使用无人机收集图像并将其导入DPGrid系统. 将结果导入到VirtuoZo NT软件中以收集地形元素. 由于无人机航拍外部方位元素误差大，图像畸变大等问题，地形图的高程精度无法满足现行法规的要求.

在本文中，传统的制图方法难以满足快速，高效地绘制大型地形图的实际需求. 提出了一种基于倾斜摄影测量的地形图制图方法，并研究了该方法的具体. 与其他无人机测量方法不同，此方法可从无人机航测系统收集的数字图像（包括垂直和倾斜图像）自动生成特征点云和真实世界的3D模型，从而识别出轮廓信息的轮廓范围和类别. 为了验证本文提出的方法的实用性，通过索兰县的数据采集和处理测试对该方法进行了验证和分析. 测试结果表明，该方法绘制的大比例尺地形图精度符合规范要求，大大提高了制图效率.

1种用于大型地形图绘制的斜向摄影测量技术

传统的大型地形图测绘技术可以概括为“三内两外”，即内部行业根据调查区域收集数据并设计技术方案；外部行业收集数据；画草图；内部行业对矢量化功能进行分类，包括注册，空三，格式转换等；现场测绘，位置和类别信息的反馈；内部现场装饰，存储结果.

通过倾斜摄影测量法绘制大型地形图的过程与传统的映射方法相似，但是更加简化，包括以下过程:

（1）在进行野外作业之前，首先收集调查区域数据，包括控制点结果，坐标系和高程基准参数，现有地形图结果和地名数据等，制定无人机飞行技术计划并申请空域以澄清问题，例如无人机上安装的传感器，地面分辨率，图像重叠，高空飞行架的数量以及图像捕获之间的间隔.

（2）现场人员根据导航区域或勘测区域部署图像控制点，然后使用无人机携带多传感器，根据传感器的布置从一个角度和多个倾斜角度等不同角度收集地形数据. 技术方案，充分发挥无人机倾斜摄影测量技术的灵活高效的特点，工作时间以小时为单位，不同于以往的大型地形图野外测绘，按天计算，缩短了项目周期，勘测测绘人员只需要无人机飞行员和少量的工作即可. 与传统的测绘方法相比，根据测绘区域的面积分配一定比例的现场人员，减少了人员数量，降低了工程成本已保存.

（3）将数字倾斜图像导入软件后，可以自动解决内部业务空间加密，点云生成，创建真实3D模型以及其他操作等操作，并且倾斜的图像区域可以通过多视图图像联合调整技术来执行网络调整和多视图图像密集匹配技术可以获得高精度和高密度的点云数据，并且还可以使用计算来缩短数据处理时间. 绘制地图的过程需要操作员手动完成，以3D模型和点云为参考，大大提高了速度.

（4）实时三维模型可以清楚地识别地物的位置和类别信息，减少了现场勘测和补充勘测的工作量. 如果在图纸中遇到任何问题，必须将它们记录下来并移交给现场人员进行验证.

（5）完成大型地形图的划分和整理工作后，提交质量检查部门检查其数学准确性，属性准确性，地理准确性和附件质量是否符合大型要求比例尺地形图规格. 保存并使用后，通过倾斜摄影测量法绘制大型地形图的过程如图1所示.

图1斜摄影测量技术用于绘制地形图过程

2实验和结果分析

2.1测试概述

测试区位于山西省忻州市苏兰县，面积约1.080 km2. 徐兰县位于山西省忻州市的西南部. 地势东南高，西北低. 该地区以山脉和丘陵为主. 该县的山区面积为1,140平方公里，丘陵区为799平方公里，平原为45平方公里. 为了保护该县的古城墙，许兰县政府要求对城市1: 500地形图进行快速调查. 调查区域显示在图2所示的大多边形区域中. 古城墙位于大区域中心的小矩形区域中.

图2基于倾斜摄影测量技术快速调查和绘制1: 500地形图测试区域的位置

该实验使用配有可倾斜双的六旋翼航拍无人机，使用两个全画幅前后摆动60°，并在一个周期内收集6个不同角度的物体的航拍图像，从而获得6摄像机同时工作. 效果如图3所示.

图3倾斜双摄相机周期性摆动设计的工作原理

无人机飞行5次，设计的飞行高度为100 m，航向重叠率大于80％，侧面重叠率大于60％. 收集到9236张彩色航空照片，5688个POS数据，地面分辨率为1.95 cm. 有关航班信息，请参见表1.

无人机倾斜摄影测量系统的特性决定了图像处理方法不同于传统的航测方法. 在本文中，使用Smart3D Capture软件完成空中三要素和真实场景3D模型创建，点云生成，并导入Geoway 3D Mapping软件以完成地理元素的矢量化. ，将地形图划分为区域等，测试技术流程如图4所示.

图4倾斜摄影测量技术绘制大型地形图的技术过程

该实验的第一项关键技术是将POS校准和校正后的倾斜照片导入Smart3D Capture软件，以进行空对三加密，快速模型集成生成，模型数据的本地修复以及少量的人工干预和一周计算从9236张1 km2真彩色航拍照片中，生成了点云和OSG格式的真实3D模型，如图5所示.

图5 Smart3D Capture软件生成的测试区域的真实3D场景图

实验的第二个关键技术是根据“国家基本比例尺地图方案第1部分: 1: 500、1: 1000、1: ”将真实的三维模型和点云导入Geoway 3DMapping软件. 2000年地形图GB 20257.1-2007“ 1: 500地形图要求，参考点云和三维模型完成完整的矢量采集，其数学基础如表2所示.

调查区域位于县中心，地面特征主要是房屋，道路和植被，没有复杂的地形. 5位编辑者在5天内手动收集并完成了1 km2的测量区域，并获得了6.08 MB DWG文件. 结果如图6所示.

图6 Geoway 3DMapping软件矢量化采集结果-数字线条图

组织完成的数字线图，收集需要测量的问题，并将其交给现场测量和测量，最后修改地形图以完成测量工作.

2.2大型地形图的精度评估

完成地形图调查后，必须首先评估1: 500地形图结果的数学准确性. 根据工程摄影测量学的规范，对平面点精度和高程标注点精度的要求如表3所示.

从同一技术流程中选择1: 1000均匀分布的地图以绘制20个检验评论的地图. 确定数学精度. 基本轮廓为1 m. 表4中显示了平面和高程误差统计信息. 图中显示了误差统计信息. 显示了7个.

图7地面特征检查点的平面和高程误差统计

在地图上的平面中，误差的距离为0.28 mm，小于地图上的0.6 mm（通常为平面）；高程误差小于0.333 m（1/3基本相等的高度距离）. 在图7中，高程误差比平面误差波动更大，表明该方法的精度低于平面精度，但高程误差0.150 m满足规格要求. 数据有效地证明了该方法的可行性.

完成大型地形图的数学准确性评估后，有必要执行属性准确性检查，地理准确性检查，完成质量检查和附件质量检查等，最后将结果提交给大型地形图的质量评估.

通过检查数据，可以看到用倾斜摄影测量技术测量的地形图满足工程摄影测量规范中的基本精度要求，从而保证了结果的数学准确性. 该方法省时且高效，并且适合于小区域. 测量和绘制大型地形图.

3摘要

本文提出使用无人机航测系统对被测区域进行倾斜成像，以生成真实的三维模型和点云数据，并从该方法绘制大型地形图，进行测试证明了结果的准确性已经达到了大型地形图的质量要求. 结合地形图的实际测绘，与其他传统测绘技术相比，测绘时间减少了一半以上，人员数量减少了4/5. 尤其是在野外数据采集阶段1 500地形图精度要求，传统的测绘技术需要根据调查区域的大小配备相应数量的调查员. 使用无人机测量仅需要3至4个人，这降低了测量成本，并且特别适合于小区域快速绘制大型地形图.

目前，该方法还存在以下问题: 无人机的飞行操作受天气的影响很大，无人机的无人飞行姿态需要配备IMU设备以确保仰角精度，并且矢量化采集过程复杂. 不是自动化的. 深入的研究将为通过倾斜摄影测量法推广地形图提供条件.

-END-

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