张 军，申 静，吴永春，杨军义

（1.甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025；2.甘肃省测绘工程技术研究中心，甘肃 天水 741025；3.甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘察院，甘肃 天水 741025）

自然资源部《2020 年自然资源部网络安全与信息化工作要点》明确提出，将推进自然资源三维立体“一张图”，完善自然资源三维立体时空数据库建设。三维实景数据正在成为基础地理信息的主要组成部分，这是无人机倾斜摄影测量技术发展的重要体现，也是该技术发展的机遇。本文在生产实践的基础上研究分析影响无人机倾斜摄影测量成果精度的主要因素，为相关生产实践提供参考。

1 影响无人机倾斜摄影测量精度的因素分析

无人机倾斜摄影测量技术包含内外业两个部分，外业航空摄影、影像控制测量，内业结算都会对成果精度产生影响，本文主要从无人机摄影测量相关硬件条件的角度进行分析，阐述影响无人机倾斜摄影测量精度的因素。

1.1 影响无人机倾斜摄影的因素分析

无人机倾斜摄影实施过程中的硬件设备包含无人机及数码相机。无人机是载体，从摄影测量的角度出发衡量无人机性能的指标可归纳为三点：一是无人机航飞的稳定性，高稳定性决定了高质量的影像姿态；二是看无人机是否带有高精度POS 采集模块，高精度POS 数据会提高影像数据匹配速度及匹配的可靠性，提高内业数据解算的通过率及效率；三是无人机的续航时间，高续航时间可以大大提高外业工作效率。数码相机是影像采集设备，目前应用于摄影测量的相机多为非量测数码相机，将非量测数码相机改装应用于摄影测量从成本上降低了对于航空摄影的要求，但是非量测数码相机的各项性能指标不能很好的满足倾斜摄影测量的对相机的质量要求，影像质量不好导致后期数据处理的难度增加，也会降低测绘成果的精度。

普通数码相机存在的主要问题：①普通数码相机光学系统普遍存在像差，导致影像模糊、像场弯曲，且畸变参数未知，利用自检校模型进行畸变纠正的纠正误差较大；②由于镜片材料对成像的影响，非量测相机可能出现“彩虹边缘”（由于相机镜片是曲面，光线经过镜头，由于不同波长电磁波的折射率不一致，导致影像边缘产生“色差”），以上两种因素会影响内业空三特征点匹配精度，也是出现空三分层的潜在因素；③目前所用普通数码相机虽然像素有所提高，达到了航测规范的要求，但是像素并不能等于高质量的地面清晰度，数码相机像元尺寸也是决定成像质量的决定性因素，像元尺寸大，感光度好且噪点的影响小，在光照条件不理想的情况下，同样可以获得高质量影像；④专业全画幅相机的高动态范围能够确保高的画面纯净度及曝光质量，而非量测数码相机就很难到达这样的航摄效果，导致外业航摄质量受天气影响较大，制约了无人机倾斜摄影的优势；⑤普通数码相机针对人的感知设计，只要色彩接近人眼能够识别的范围就足够了，但是航摄影像要用来进行数据计算，在保证画面质量的条件下提供更多的色彩分辨信息有助于高精度的数据匹配解算，从而提高解算精度。

1.2 影像控制测量对于精度的影响

影像控制测量是摄影测量的重要环节，针对不同的航摄设备、航摄区域、航摄精度要求，可采用不同的像控点布设方案及控制点测量方法，这方面的技术在理论及实践层面都是比较成熟的，本文不再重点累述。

1.3 内业数据处理过程中影响因素分析

目前用于无人机倾斜摄影内业数据解算建模的软件较多，如smart3D、photoscan、大疆智图、ContextCapture Master、重建大师等，通过大量实践分析发现，各类软件由于核心算法不同，导致其在数据解算速度、操作难易程度、解算成功率等方面的性能差距是很大的，本文不做具体评价。在数据处理过程中，相同的软件处理同一数据，采用不同的处理步骤，也会影响解算的精度及效率，为了保障数据解算的成功率，建议不要将大量数据同时处理，分块解算、合并建模是理想的技术流程。

2 提高无人机倾斜摄影测量精度的方法实践

2.1 选择高稳定性且带高精度POS 系统的无人机系统

从目前的行业发展态势来看，由于电动无人机在飞行安全、飞行稳定性方面有明显优势，所以搭载倾斜相机的无人机主要采用电动固定翼及旋翼机。由于旋翼机飞行速度较慢，像移影响较小，所以厘米级高精度影像获取主要采用旋翼机。在大范围倾斜数据获取过程中，使用电动固定翼无人机，可发挥其续航时间长的优势，提高作业效率。

利用普通数码相机进行大范围倾斜摄影测量，在内业数据处理过程中，会经常出现断层、层面弯曲的现象，通过大量实践研究证明，利用装有高精度POS 系统的无人机获取影像，结合高精度POS 进行空三解算，空三通过率明显提高，所以高精度POS 采集系统也是衡量无人机性能的主要指标。

2.2 选择无人机航摄专业数码相机

文中（1.1 影响无人机倾斜摄影的因素分析）分析了目前各类数码相机用于倾斜摄影测量存在的问题，基于这些特点，选择无人机倾斜摄影测量用相机需要重点考虑以下几方面内容：①选择具有ED（超低色散能力）非球面镜片的相机，传统球面镜片由于像差的存在，导致摄影光线不能很好地汇聚，影像模糊度较大，且影像畸变较大，如图1 所示非球面镜片与球面镜片畸变差对比，如图2 所示为非球面镜片与球面镜片成像模糊度对比。ED 镜片可以很好的解决传统镜片（色差）造成匹配不准确的问题，如图3 所示普通镜片与ED 镜片成像二次像差对比；②在条件许可范围内，选择大像元尺寸的全画幅相机，本文以APS-C 传感器与全画幅传感器做对比如图4 所示，大传感器能提供更广的拍摄范围，在减少影像数的同时，由于像元尺寸增加，可以使影像质量更优，表现为感光度高、噪点少、光照动态范围变大、位元深度高，高的影像范围及质量使内业数据解算的通过率及精度大大提高。

图1 球面镜片与非球面镜片畸变对比

图2 球面镜片与非球面镜片成像模糊度对比

图3 普通镜片与ED 镜片成像二次像差对比

图4 全画幅与半画幅CMOS 对比（示例2.3 倍）

3 总结

无人机倾斜摄影测量是目前高精度三维建模、数字化测图的最主要方法，在实际作业过程中，无人机性能、数码相机性能、控制测量方案、内业解算软件及数据解算流程都会对测绘成果精度产生影响。数据解算方面对倾斜摄影测量的影响主要受制于软件、作业员经验及对专业知识的理解，硬件技术发展才是影响倾斜摄影测量技术应用的关键，在进行倾斜摄影测量项目实施前需要根据项目精度要求，选择带高精度POS 系统的固定翼或旋翼无人机，配合目前比较专业的无人机倾斜航摄相机，可以极大的提高项目实施的效率。