飛馬F300無人機一經推出，就受到了廣大用戶的喜愛。尤其是其免像控技術的加持，讓航測外業省去了大量像控點布設和測量的麻煩，大大提高了航空攝影測量外業的工作效率。同時其還提供載荷的多種選擇，不但可以選擇正射相機，還可以選擇多鏡頭傾斜相機，這在輕型固定翼無人機中是首創。本文要討論的應用，正是基于飛馬F300飛行平臺，搭載傾斜相機進行傾斜攝影測量[1]外業航飛，并對獲取的影像進行處理，經過空三計算和模型重建來生產城市真實景三維模型[2]。本項目采用布設稀少像控點的方案進行工程的施測。

一、工程項目概述

1.1、項目基本情況

為推進長嶺縣基礎設施建設，促進長嶺縣城市及經濟發展，我司受甲方委托，對長嶺縣城區進行地理信息數據的采集。項目要求采用傾斜攝影測量技術[1]，并生產城市實景三維模型。此工程測區面積約11平方公里，位于吉林省西北部，整體地勢平坦，有國道和省道穿過測區，交通較便利。測區屬中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫4.9℃；測區內常年有風，項目施測季節最大風力可達8級，對無人機飛行有很不利影響。項目飛行空域已由甲方申請并通過批準。

圖1測區范圍示意圖

根據項目需求，要求真實景三維模型成果要能滿足1:1000數字線劃圖（DLG）生產需要，平面中誤差±0.25m，高程中誤差±0.17m，最大允許誤差不超過2倍中誤差。測量基準采用國家2000坐標系統，1985國家高程基準，控制測量基礎資料由甲方提供。工程中RTK數據采集統一使用吉林省CORS網系統作為差分源。

1.2項目執飛無人機情況

參與項目航測飛行的飛行平臺是深圳飛馬機器人公司生產的F300智能航測遙感系統。該無人機機長1.07米，翼展1.8米，支持RTK/PPK差分模式，續航時間最長可達90分鐘，巡航速度60KM/H，能在5級風的情況下正常作業，且無遙控器，手拋起飛，自動滑降或者傘降的降落方式，對飛手要求低，EP0加碳纖復合材料易修復。無人機這些特點，讓此款無人機能經得住測繪工程項目繁忙的飛行需求，且在輕微損壞的情況下能夠快速修復而繼續飛行，不會耽誤緊張的測繪工期。

圖2 飛馬F300智能航測遙感系統及傾斜相機

飛馬F300掛載的傾斜相機如上圖右上角，是兩鏡頭傾斜相機。此傾斜相機的單個鏡頭采用APS-C(23.2×15.4mm)畫幅，2010萬像素，索尼QX1相機和索尼20mm焦距鏡頭。兩個鏡頭布置方式是一個鏡頭向左傾斜，一個鏡頭向后傾斜，有效像素為5456×3632。此傾斜相機，需無人機以往返飛的方式來獲取足夠多角度的原始影像數據。

二、工程項目實施

2.1、項目生產工藝流程

無人機傾斜攝影測量技術是新興航測技術方法，各種具體的執行標準尚不完善，為了更好的完成工程項目，根據技術設計文件以及相關資料，制定了項目工程生產工藝流程，項目的執行嚴格按照工藝流程的要求來施測。工藝流程如下圖所示：

圖3、生產工藝流程圖

2.2、項目外業實施

2.2.1、像控點布設及測量

依據甲方提供的項目基礎資料和項目要求，并參照奧維互動地圖，在室內根據踏勘的信息資料，按照10000到20000像素一個像控點[2]，并考慮實際布點可行性，做像控點位置分布的預設。像控點的布置，我們采用L型的圖案，此圖案在實際工作中最容易噴涂，需要的輔助工具最少，同時邊上噴上點號，方便后期處理使用，甚至可以不參考點之記信息就能完成刺點。簡單易行的像控點布置，在能保證像控點質量的前提下，可以盡可能的提高外業工作效率。在測量像控點的同時，進行點之記信息的記錄。像控點的測量采用控制點測量的方式進行平滑采集。

圖4像控點設計分布圖

圖5 像控點布設與測量

2.2.2、外業航飛的實施

外業航飛對后期數據處理來說，是很關鍵的一環。好的航線設計，是外業飛行數據高質量的關鍵之一。按照相關技術資料和要求，在飛馬智航線軟件里，導入測區kml格式范圍線，進行飛行航線的規劃和飛行參數的設置。

項目航線主要設計參數如下：

相機型號：ILCE-QX1

地面分辨率：5.0cm

航向/旁向重疊度：80%

航線角度：80度

相對航高、航線間隔、拍照間隔等數據，智航線軟件會自動給計算出來。這也是飛馬無人機管家軟件設計比較人性化的表現之一。

圖6 航線規劃圖

按此航線規劃方案，在今年6月初，項目無人機作業組完成了長嶺縣城傾斜攝影測量的航攝工作。航測外業執飛無人機是飛馬F300智能航測系統掛載兩鏡頭傾斜相機，采用往返飛的方式飛行。由于天氣原因，外業實際用時4天，共計飛行14架次，獲得外業原始影像27972張，相應的靜態數據文件和觀測記錄表格，飛機日志數據文件，每一架次飛行情況記錄等資料。

圖7 外業飛行現場

2.2.3、外業航飛數據的預處理

航飛數據的預處理是完成高精度POS數據的融合解算。在飛馬無人機管家軟件智理圖模塊中，分步驟完成基站靜態數據格式轉換，機載GPS數據轉換，數據完整性檢查，GPS數據解算。解算完成后輸出txt格式的解算結果，在解算結果文件的第一行有Q1值用來評定此次解算結果的精度，一般要求在98以上[3]。然后對照片和POS數據進行整理，并按計算機處理能力，對測區進行處理分區的劃分。

圖8 GPS數據融合解算

三、數據處理及實景三維模型生產

3.1、影像數據空三計算

本項目采用的建模軟件是Context Capture軟件，此軟件自動化程度高，操作步驟較少，能支持集群運算，是業內知名的自動化三維建模軟件。在軟件里新建工程，添加照片和POS數據，按默認參數提交空三計算，軟件會自動完成空三計算。如果結果不合格，就在計算結果基礎上修改空三計算參數并再次提交空三，直到空三合格為止。空三計算通過后，加入像控點坐標數據，并進行相片刺點，這時候軟件能預計出像控點在相片上的位置了，且準確度很高，能提高刺點的速度。刺點完成后，再次提交空三計算，完成后檢查空三報告質量，如果合格，就可以進行模型重建生產了。在控制點編輯器里有三個參數，分別是三維精度、三維水平精度和三維垂直精度，這三個精度參數，基本上能體現出最終模型數據的精度水平等級。

圖9 像控點三維精度水平計算結果

圖10帶像控點的空三成果3D視圖

3.2、三維模型的重建

空三成果合格后，下一步就進入模型重建生產了。選擇項目需要的坐標系，并從KML文件導入重建范圍（即測區范圍），設置好切塊方式和瓦片大小，就可以提交模型重建生產，真正開始生產模型。Context Capture軟件模型重建支持的數據格式很多，本項目采用OSGB格式。OSGB數據格式通用性比較好，支持的軟件也比較多。

圖11模型重建參數和瓦片分塊

模型重建生產是比較耗時間的，重建速度主要取決于計算機的整體計算速度。此項目采用5臺電腦，耗時將近5天才把模型全部生產完畢。

圖12 模型成果截圖

圖13 模型成果局部截圖

3.3、模型成果精度檢查

測繪產品精度是測繪工程項目的核心目標，實景三維模型成果已經生產完畢，對成果精度的檢核就是必須的要做的事情。我們聯合甲方一起對模型進行了一個精度的檢查，用RTK設備在測區測量了400個檢查點，最終選擇了399個平面檢查點和375個高程檢查點，對模型精度進行了檢查。檢查結果統計情況如下表所示：

表1 模型精度檢查統計表

由上表統計數據來看，該工程項目的成果精度完全達到了項目設計要求，甚至比設計的精度還高出一點。這些數據表明，使用飛馬F300智能航測/遙感系統搭載傾斜相機的方案，采用合理的作業工藝流程，是完全可以滿足大比例尺測圖精度要求的。最終采用的檢查點分布情況如下圖所示：

圖14 模型精度檢查點位置分布略圖

四、總結和展望

此工程項目的外業投入人員是踏勘2人一天，像控點2人一天，外業飛行2人4天，內業處理共計1人7天，其中人工操作約1天，其它時間是計算機自動完成計算。計算下來，采用飛馬F300搭載傾斜相機的方案，效率是傳統測繪方式的10倍甚至更高。

傾斜攝影測量近年來發展迅猛，逐漸成為測量人員很好的測量技術；在保證精度的前提下還能大大的提高測繪的作業效率；降低外業測繪作業人員的勞動強度，也使外業測繪人員的人身安全有了更好的保障；傳統測繪不易到達的地方也能測的到，讓測繪幾乎沒有死角；且提供的測繪成果表現形式更容易讓普通大眾看得懂、理解到位，相當于把現實城市搬回了家。這些優勢都是傳統的人工測繪所不具備的。在實景三維模型上進行線劃圖的采集和建庫，也是傾斜攝影測量數據成果的一個主要應用方向。業主方已經在此項目成果上采集完成測區1000比例尺的線劃圖。

圖15 基于模型成果采集的局部線劃圖成果

未來隨著5G通信技術的逐漸應用和普及，使實景三維模型數據的在線瀏覽和應用成為可能，就能為普通大眾提供更好地圖服務，比街景數據更加真實，而且可以360度的旋轉查看；也能為政府相關管理部門提供基于真實景的基礎平臺應用，再加上更多的各種物聯網和傳感器數據，讓城市的管理和服務水平上一個臺階。

總之，飛馬F300智能航測遙感系統，經受住了此項目的實際檢驗，能滿足大比例尺實景三維模型數據的采集和生產需要。飛馬F300智能航測遙感系統一定能成為廣大測繪從業者愛不釋手的測量工具，能為地理信息行業的興旺發展提供一定的助力。