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百川东到海，何时复西归?少壮不努力，老大徒伤悲。——汉乐府
无人机倾斜摄影测量技术标准，看这篇就够了！
摘要: 无人机倾斜摄影测量技术在应用过程中，存在模型分辨率不
一致、精度不可靠、格式不匹配的问题，但没有现行的标准对任务质
量进行评价，这在一定程度上限制了无人机倾斜摄影测量技术进一步
发展。
本文针对无人机倾斜摄影测量技术的现状，对从航摄准备( 硬件)
到数据处理应用 ( 软件 ) 整个作业流程的技术标准进行了论述，为无人
机倾斜摄影测量技术的从业人员提供一些参考。
无人机倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项高新技术，倾
斜摄影技术三维数据可真实反映地物的外观、位置、高度等属性 ; 借助
无人机，可快速采集影像数据，实现全自动化三维建模; 倾斜摄影数据
是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出 DSM 、DOM 、
TDOM 、DLG 等多种成果。目前，无人倾斜摄影测量技术已被越来越
多的行业认可和应用，但针对无人机倾斜摄影的国家技术标准一直没
有明确，这就给无人机倾斜摄影工作带来一定困扰。
本文结合实际工作和学习经验，对无人机倾斜摄影测量技术标准
进行初步的探讨。
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无人机倾斜摄影系统介绍
传统航空摄影只能从垂直角度拍摄地物，倾斜摄影则通过在同一
平台搭载多台传感器，同时从垂直、侧视等不同的角度采集影像，有
效弥补了传统航空摄影的局限。那么，无人机倾斜摄影系统可以定义
为: 以无人机为飞行平台，以倾斜摄影相机为任务设备的航空影像获取
系统。
1 ．1 飞行平台的性能要求
目前，市场上无人机的种类繁多，按照动力系统可以区分为内燃
机动力和电池动力 ; 从飞行实现方式上可以区分为固定翼和旋翼 ( 单旋
翼、多旋翼 ) 。由于飞行平台自身的振动问题，在成像质量上电池动力 : .
去留无意，闲看庭前花开花落；宠辱不惊，漫随天外云卷云舒。——《幽窗小记》
优于内燃机动力; 在作业效率和续航时间上，固定翼优于旋翼; 在飞行
稳定性上，旋翼优于固定翼。由于无人机用途不同，其性能标准也不
一样。测绘型无人机对飞行标准要求更高，可以在载重、巡航速度、
实用升限、续航时间、安全性和抗风等级等方面做出限定。
例如：
①无人机最低载重 2 kg;
②多旋翼巡航速度大于 6 m / s，固定翼无人机巡航速度大于 10
m / s;
③电池动力续航时间大于 25 min ，内燃机动力续航时间大于 1 h;
④抗风性要求不低于 4 级风速 ;
⑤无人机实用升限能达到 1000 m 以上，海拔高度不低于 3000 m 。
1 ．2 倾斜相机的性能要求
在《低空数字航空摄影规范》 ( CH /Z 3005 —2010) 中，对测绘
航空摄影也就是垂直摄影的相片倾角有着 如 下 规 定: 倾 角 不 大 于
5°，最大不超过12°。现有的航测软件处理能力已经有了很大提升，可
以在这个标准的基础上，把倾角 15°以上的都划归到倾斜摄影的范畴。
倾斜摄影发展到今天，倾斜相机不再限定相机镜头的数量。倾斜相机
的关键技术指标是获取不同角度影像的能力和单架次作业的广度和深
度。这包括五镜头、三镜头、双镜头等多镜头相机及可以调整相机拍
摄角度的单相机系统。在无人机航测标准中，要求航测相机像素不低
于 3500 万，在倾斜摄影中可以不对单一相机的像素进行限定，而对一
次曝光获取的影像像素进行控制。倾斜相机的性能要求可以从获取影
像能力、作业时间、曝光功能、续航时间、 POS 记录功能等方面做出
限定。例如: ①倾斜摄影一次曝光采集的像素越高越好，但要根据设备
成本考量，单个镜头不低于 2000 万像素，一次曝光不低于 1 亿像
素; ②作业时间至少能满足 90 min ，最好具备全天候的作业能力;③有
定点曝光功能，确保影像重叠度满足要求。
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飞行航线的设计 : .
去留无意，闲看庭前花开花落；宠辱不惊，漫随天外云卷云舒。——《幽窗小记》
2 ．1 航摄高度的确定
无人机倾斜摄影的飞行高度是航线设计的基础。航摄高度需要根
据任务要求选择合适的地面分辨率，然后结合倾斜相机的性能，按照
式( 1) 计算 H= f×GSD/α ( 1)式中，H 为航摄高度，单位为 m; f 为镜
头焦距，单位为 mm; α 为像元尺寸，单位为 mm; GSD 为地面分辨率，
单位为 m 。
2 ．2 航摄重叠度的设置
低空数字航空摄影规范规定“航向重叠度一般应为 60% ～ 80% ，
最小不小于 53%; 旁向重叠度一般应为 15% ～ 60% ，最小不小于
8%”。在无人机倾斜摄影时，旁向重叠度是明显不够的。不论航向重
叠度还是旁向重叠度，按照算法理论建议值是 66 ．7% 。可以区分为
建筑稀少区域和建筑密集区域两种情况来进行介绍。
2 ．2 ．1 建筑稀少区域考虑到无人机航摄时的俯仰、侧倾影响，
无人机倾斜摄影测量作业时在无高层建筑、地形地物高差比较小的测
区，航向、旁向重叠度建议最低不小于70% 。要获得某区域完整的影
像信息，无人机必须从该区域上空飞过。以两栋建筑之间的区域为例，
如果这两栋建筑由于高度对这个区域能形成完全遮挡，而飞机没有飞
到该区域上空，那么无论增加多少相机都不可能拍到被遮区域，从而
造成建筑模型几何结构的粘连。
2 ．2 ．2 建筑密集区域建筑密集区域的建筑遮挡问题非常严重。
航线重叠度设计不足、航摄时没有从相关建筑上空飞过，都会造成建
筑模型几何结构的粘连。为提高建筑密集区域影像采集质量，影像重
叠度最多可设计为 80% ～ 90% 。当高层建筑的高度大于航摄高度的 1
/4 时，可以采取增加影像重叠度和交叉飞行增加冗余观测的方法进行
解决。如著名的上海陆家嘴区域倾斜摄影，就是采用了超过 90% 的重
叠度进行影像采集以杜绝建筑物互相遮挡的问题。影像重叠度与影像
数据量密切相关。影像重叠度越高，相同区域数据量就越大，数据处
理的效率就越低。所以在进行航线设计时还要兼顾二者之间的平衡。
2 ．3 区域覆盖设计
“航向覆盖超出摄区边界线应不少于两条基线。旁向覆盖超出摄 : .
君子忧道不忧贫。——孔丘
区边界线一般不少于像幅的50%”，这是原规范在航摄区域边界覆盖
上的保证，但在无人机倾斜摄影时是明显不够的。理论上，需要目标
区域边缘地物能出现在像片的任何位置，与测区中心地区的特征点观
测量一样。考虑到测区的高差等情况，可以按照式 ( 2) 来计算航线外扩
的宽度 L =H1×tan θ H2－ H3 ( ) L1 ( 2) 式中， L 为外扩距离 ; H1 为相
对航高; θ 为相机倾斜角 ; H2 为摄影基准面高度 ; H3 为测区边缘最低点
高度; L1 为半个像幅对应的水平距离。
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控制测量
控制测量是为了保证空三的精度、确定地物目标在空间中的绝对
位置。在常规的低空数字航空摄影测量外业规范中，对控制点的布设
方法有详细的规定，是确保大比例尺成图精度的基础。倾斜摄影技术
相对于传统摄影技术在影像重叠度上要求更高，现在的规范关于像控
点布设要求不适合应用于高分辨率无人机倾斜摄影测量技术。无人机
通常采用 GPS 定位模式，自身带有 POS 数据，对确定影像间的相对
位置作用明显，可以提高空三计算的准确度。
3 ．1 常规三维建模
基于 Smart3D 算法，从最终空三特征点点云的角度可 以 提 供 一
个 控 制 间 隔，建议值是按每隔 20000 ～ 40000 个像素布设一个控
制点，其中有差分 POS 数据 ( 相对较精确的初始值 ) 的可 以 放 宽 到
40000 个像素，没有差分 POS 数据的至少 20 000 个像素布设一个控
制点。同时也要根据每个任务的实际地形地物条件灵活应用，如地形
起伏异常较大的、大面积植被及面状水域特征点非常少的，需要酌情
增加控制点。控制点测量采取附合导线测量方式，获取高精度位置信
息。
3 ．2 应急测绘保障
发生地震、山体滑坡、泥石流等自然灾害后，为及时获取灾区可
量测三维数据，不能按照传统的作业方式进行控制测量，可通过在
Google 地图读取坐标、手持 GPS 测量、 RTK 测量等方式快速获取灾
区少量控制点，生成灾区真三维模型，为灾后救援提供帮助。 : .
长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白
3 ．3 点位选择要求
影像控制点的目标影像应清晰，选择在易于识别的细小现状地物
交点、明显地物拐角点等位置固定且便于量测的地方。条件具备时，
可以先制作外业控制点的标志点，一般选择白色( 或者红色) 油漆画十
字形标志，并在航摄飞行之前试飞几张影像，确保十字标志能在倾斜
影像上正确辨识。控制点测量完成后，要及时制作控制点点位分布略
图、控制点点位信息表，准确描述每个控制点的方位和位置信息，便
于内业刺点使用。
特别说明① 像点标志
在整个像控布设环节，像控标志类型、尺寸大小及和布设位置至
关重要。
① 标志的类型首先，从用途来说，像控点是模型成果坐标转换的
依据。其反映在技术流程上，外业中，需要实测标志点平面坐标和高
程；内业中，在空中三角测量环节，用于像片刺点。因此，像控标志
的识别度、反射光的程度、与周边地物色差大小都是需考虑的。除了
道路已有交通标志线角点和明显清晰线性地物交点，下图是三类亲测
好用的标志类型：
② 标志尺寸以无人机的空中视角来说，地面标志相当小，不同分
辨率的照片对地面标志的大小要求不同，经实践测试，地面分辨率 2-
3 公分时，地面标志宜在 60cmX60cm 以上的尺寸，在无人机拍摄的
像片上才能清晰可见。
③ 位置选择以五镜头相机为例，其倾斜角度一般为 45 度，倾斜视
线很容易被遮挡，除了大树、高楼和途径车辆，还会被高茎杂草、电
力线所遮盖，当高空拍摄像片时，以像素为单位进行处理，因此，在
选择点位时，需避开上述遮挡物。另外，为防止人为破坏，布设可移
动标志时还需考虑尽量远离人为活动频繁区域。 : .
吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎?与朋友交而不信乎?传不习乎? ——《论语》
特别说明