倾斜摄影技术是目前测绘遥感领域新兴发展的一项高新技术，融合了传统的航空摄影、近景摄影测量、计算机视觉技术，突破了正射影像成果不得不从航空垂直地面的角度摄影获取的限制，可以在飞行平台同时搭载多台传感器，同时从垂直、前视、后视、左视、右视共5个角度采集影像，获取地形地貌完整与精确信息。但是，目前采集倾斜影像的设备主要为五镜头合成相机，飞行平台是体积相对较大的无人机机型，不但价格昂贵，而且操控复杂、飞行风险较大，难以普及应用。消费级无人机的出现与普及，为倾斜影像采集与三维模型构建，并应用于大比例尺三维测图带来良好的契机。

利用倾斜影像进行三维测图技术主要包括数据 采集( 影像采集、像控点测量) 、空中三角测量、多视影像密集点匹配、数字表面模型数据生成、纹理贴合、实景三维建模、三维测图及外业调绘与补测等步骤。其中，最关键步骤是通过空中三角测量解算出像片的外方位元素，在此基础上，通过多视影像密集匹配算法获得点云，并纹理贴合生成三维模型，最后进行三维测图。三维测图技术流程如图 1 所示。 

图1 实景三维测图技术流

本文试验实例为广东某糖厂计划拆迁的厂区1:500 地形图测量，范围约 500 m×400 m，面积约 0.2 km2。 

2．1 消费级无人机倾斜影像采集系统

目前用于测绘的无人机种类众多，有固定翼无人机、旋翼无人机和复合翼无人机等多种机型，具有不同特点及其适用领域。多旋翼无人机起降、飞行速度与高度可操控性高，且可低空飞行，适合用于倾斜摄影数据获取。本文试验选用四旋翼无人机 DJI Phantom 4pro。

DJI Phantom 4pro 无人机由飞行器、云台相机、 遥控器及安装飞控软件的平板电脑( 或智能手机) 组成，其主要技术参数见表1。

表 1 DJI Phantom 4pro 主要技术参数

2．2 数据采集

2．2．1 地面像控点布设 

航空摄影之前，在试验区域进行像控点布设与测量，用于内业空中三角测量解算及三维模型精度检验。在试验区域内选择道路边线或中线交叉点、 道路标记线等作为像控点，采用 GNSS ＲTK 测量方 法测出其坐标，为了满足试验要求，测量精度须达到 厘米级。本次试验共测量 15 个像控点，其中10个像控点成果用于空中三角测量解算，另外5个像控 点成果用于三维模型精度验证，如图 2 所示。

图 2 像控点布设

2．2．2 航线设计与无人机影像采集

试验采用研究团队基于 DJI-SDK 自主开发的无 人机地面控制软件进行航线设计。飞行前在飞行控制软件上规划航拍区域，设定飞行高度、优化计算与否、相机倾角及影像重叠度等参数，根据优化算 法软件自动生成 1 次正射和 2 次倾斜摄影的优化飞 行规划航线，并自动预估航时，根据需要智能续飞 ( 如图 3 所示) 。本次试验航飞相对高度 100 m，地面分辨率 2.99 cm，旁向重叠度 75%，航向重叠度80%，共采集1533张影像。DJI Phantom 4pro 无人机只有一个镜头，为了实 现跟专业五镜头相似的效果，需要由软件控制调动 镜头角度，垂直、前、后、左、右分别对建筑物航拍 5 遍，实现倾斜摄影数据采集。以厂房所在的烟囱 为中心示意，垂直向下镜头采集影像与倾斜角度采 集影像数据对比如图 4 所示。 

图 3 飞行航线设计

图 4 以烟囱为中心多视影像

2．3 全自动快速三维模型构建

倾斜摄影测量技术通常包括影像预处理、空中三角测量、多视影像匹配、DSM 生成、真正射纠正和三维建模等关键内容。本次试验三维模型构建采用 ContextCapture 软件，将获取到的符合建模要 求重叠度的航空影像进行预处理，并导入 ContextCapture 软件，均匀挑选出一定数量的野外控 制点，软件则自动匹配运算，进行三维模型生产。

2．3．1 空中三角测量 

在 ContextCapture 自动建模系统中加载测区影像，人工给定一定数量的控制点，软件空中三角测量 中的平差方法采用光束法区域网平差，其原理是以一张像片的一束光线作为平差单元，以中心投影共 线方程作为基础方程，通过计算各光束在空间中转换参数，实现各模型间公共光线的最佳交会，把整体区域纳入地面坐标系中，恢复地物空间位置关系。空中三角测量结果如图 5 所示。

图 5 空中三角测量结果

2．3．2 影像密集匹配 

软件采用高精度密集匹配技术，对所有影像中同 名点进行自动匹配。为了更加精确表达地形地物细节，提取更多特征点构成密集点云。地形地物越复杂、越密集的地方，点密度越高; 反之，则相对稀疏。 

2．3．3 纹理映射 

通过空中三角测量解算和影像密集匹配后，所有影像之间的点云可计算构成三角格网TIN，再由三角格网 TIN 构成白模型，软件从影像中提取相对应纹理，并将纹理自动映射到对应的白模型上，形成实景三维模型，如图 6 所示。

图 6 实景三维模型

2．4 三维测图 

本文试验采用 SV360 智能三维测图系统进行 地形图测量。SV360 操作简便，建立工程项目，导入三维模型后，设置相应的参数，由作业员在三维模型 基础上进行点、线、面采集，按要求设定图层并赋属性信息，如图 7 所示。内业采集编辑完成后，还需对 未能确认的属性与遮挡部分等内容进行外业调绘与补测。 

图 7 地形线划采集

2．5 精度分析

成果完成后，主要采用人机交互检查方式对试验区域的测图成果进行质量检查，本文试验主要对 平面精度进行检查。

( 1) 实景三维模型精度验证。实景三维模型生 产完毕后，将未参与空中三角测量的像控点作为模 型检核点，检查三维模型精度，最终检查结果为: X 方向平均误差为 0.0069 m，Y 方向平均误差为 0.0045 m，达到试验精度要求。

( 2) 测图成果精度验证。选取建( 构) 筑、道路、附属设施等地物要素，采用 GNSS ＲTK 测量方法 实地采集检查点坐标，与测图成果进行比较，经符合 要求的粗差剔除后，最终检查结果为: 平面中误差为 ±0．0654 m，成果满足《CH /T 9008．1—2010 基础地理信息数字成果1:500、1:1000、1:2000 数字线 划图》中 1:500 地形图精度要求。 

本文试验采用消费级无人机倾斜摄影测量技术，充分利用了倾斜摄影技术的自动化空中三角测量与快速建模优势，短时间内生产出高质量、高精度三维模型，并以此为基础进行了1:500 地形图测量工作，技术路线可行，产品精度符合相关标准规范要求。此方法改变了以往测图技术方法，将全野外工作转变为主要内业加部分外业调绘，大大减少野外工作量，数据采集更自主、更高效。实景三维测图技术整体效率预期优于传统测绘方式，特别是采用价格低廉、操控简便的消费无人机作为影像数据采集平台，具有推广普及意义。