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免像控实景三维建模的高程精度分析摘要：为解决免像控条件下实景三维建模获取高程的问题，基于立体航测成图软件与似大地水准面精化模型相结合的方法，进行免像控实景三维模型的高程精度分析实验。阐述了免像控实景三维建模的关键技术与方法，并通过相关工程实例进行数据分析。结果表明，免像控实景三维建模的高程中误差在0.05 m以内，可满足11 000大比例尺地形测图高程精度要求。该方法可大幅减轻像控点外业采集的工作量，提高三维建模工作效率。关键词：似大地水准面；无人机；PPK；免像控；三维模型；高程；精度中图分类号：P231P237文献标志码：B文章编号：1672-4623（2023）07-0037-03Elevation Accuracy Analysis of Image-free Real Scene 3D ModelingCHEN Jiaqing1,LIU Ruiju1,ZHOU Lyu2,LI Junyu2(1.Qinzhou Surveying and Mapping Institute of Housing Urban-rural Development Co.,Ltd.,Qinzhou 535000,China;2.College of Geomatics and Geoinformation,Guilin University of Technology,Guilin 541006,China)Abstract:In order to solve the problem of obtaining the elevation from image-free real scene 3D modeling,based on the combination method of3D aerial survey and mapping software and refined model of quasigeoid,we carried out the elevation accuracy analysis experiment of image-freereal scene 3D model.We expounded the key technologies and methods of image-free real scene 3D modeling,and conducted data analysisthrough relevant engineering examples.Experimental results show that the error in the elevation of image-free real scene 3D modeling is within0.05 m,which can meet the elevation accuracy requirements of 11 000 large-scale topographic mapping.This method can greatly reduce thefield acquisition workload of image control points and improve the efficiency of 3D modeling.Key words:quasigeoid,UAV,PPK,image-free,3D model,elevation,accuracy（1.钦州市住房和城乡建设测绘院有限公司，广西 钦州 535000；2.桂林理工大学 测绘地理信息学院，广西 桂林 541006）陈佳清1，刘瑞驹1，周吕2，黎峻宇2引文格式：陈佳清,刘瑞驹,周吕,等.免像控实景三维建模的高程精度分析J.地理空间信息,2023,21(7):37-39.doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2023.07.009Jul.,2023Vol.21,No.7地 理 空 间 信 息GEOSPATIAL INFORMATION2023 年 7 月第21卷第 7 期收稿日期：2021-12-31；修回日期：2022-06-21。项目来源：广西自然科学基金资助项目（2018GXNSFBA050006、2020GXNSFBA297145）。第一作者简介：陈佳清（1991），工程师，主要研究方向为GNSS数据处理，E-mail：。随着GNSS测量、重力测量等现代大地测量技术的飞速发展和广泛应用，似大地水准面精化模型已实现厘米级精度，正向毫米级突破1-2。无人机航空摄影测量技术越来越成熟，与此同时，无人机免像控技术蓬勃发展，逐渐在大比例尺测图中得到广泛应用3。国内外科研机构针对无人机免像控技术进行了大量基础理论研究、技术创新4-7以及大量实验测试和精度评估8-13，并对免像控倾斜模型影响因素进行了相关质量分析14。结果表明，无人机免像控精度可满足11 000大比例尺测图要求。无人机免像控技术能高效便捷地获取CGCS2000坐标系下的大地坐标和大地高，而实际测绘工作采用的是高斯坐标和正常高，高斯坐标可通过建模软件设置输出。免像控条件下正常高转换的常用方法包括利用高程转换参数进行高程异常改正和利用本地似大地水准面精化应用程序进行高程异常改正两种。这两种方法均需借助第三方应用程序，未能建立兼容建模软件的本地大地水准面模型。同时，POS数据预处理要求严谨且易出现人为错误，两种方法都将原始POS大地高强制归算至85正常高，对模型精度的影响未有相关研究。本文以基于似大地水准面精化模型的免像控无人机高程精度为研究对象，阐述了建立高精度似大地水准面模型的关键技术与方法，并结合具体工程实例进行高程精度分析。1关键技术与方法基于 GNSS 技术、二等水准测量成果，结合EGM2008重力场、SRTM数字高程模型的数据融合技术，利用最小二乘配置的移动二次曲面拟合和双线性内插方法建立了某地区1 1 似大地水准面。模型拟合区范围为3 150 km2，拟合精度为1.6 cm，内插精度为1.7 cm，外推精度为1.6 cm。模型拟合边缘区范围为110 km2，采用顾及EGM2008重力场和SRTM地形地理空间信息第21卷第7期修正的方法进行高程异常补充。经实测数据检验，高程异常不符值中误差为1.8 cm，最终确定了某地区1 1 高分辨率的厘米级似大地水准面模型，基本消除了格网线性内插导致的精度损失，实现了内外业垂直平差模型的统一性和数据的一致性。水准模型支持天宝、南方、中海达等各类控制器手簿进行垂直基准转换，支持GNSS解算软件，支持航测建模软件Smart3D、ContextCapture。Pix4Dmapper软件目前不支持使用本地大地水准模型进行高程异常改正，需通过第三方应用程序中的局部大地水准面模型将它们转换为正常高14，再将改正后的POS 数据导入软件进行空三加密和三维建模。本文将似大地水准面模型导入三维建模软件ContextCapture进行高程异常改正，并进行精度统计分析。2工程实例分析2.1工程案例介绍为对基于似大地水准面精化模型的免像控无人机高程精度进行定量和定性分析，本文设计的航测方案见表1。表1航测方案方案方案1方案2方案3大疆系列M300精灵4M300搭载镜头FeimengFC6310RZenm useP1飞行高度/m15095180航向重叠度/%808080旁向重叠度/%707570地面分辨率/cm3.02.53.5a 方案1b 方案2c 方案3图13种方案的实景三维模型3种方案的实景三维模型见图1。方案1中的地块在建成区范围内，地势平坦开阔，最高层建筑物不超过100 m，有已建成道路。本文充分利用现有测量资料，选用该区域内的市政道路、小区竣工测量数据与三维模型进行高程比对。方案2中的地块为市郊区，地形起伏较大，高差约为30 m，无高层建筑物，有已建成市政道路。本文充分利用该区域内的市政道路竣工测量数据和近期施测的1500地形数据与三维模型进行高程比对。方案3与方案1的地形地貌较相近，因此本文充分利用现有测量资料，选用该区域内的市政道路、小区竣工测量数据与三维模型进行高程比对。2.2高程误差分析为分析不同航测方案高程误差的分布特点，绘制各方案高程误差对比分析图（图2），可以看出，3种方案的三维模型高程误差均在0.1 m以内波动，方案3整体误差较小，误差分布在0.05 m 之间，精度最优。为分析不同地形特征高程误差的分布特点，选用地形地貌较丰富的方案2进行高程精度分析，结果见图3，可以看出，3种路面的高程误差均在0.09 m以内，硬化路面整体误差较小，误差分布在0.06 m之间，精度最优；砂砾路面凹凸不平，高程误差较大，不利于高程点采集。方案1方案2方案30.10.080.060.040.020-0.02-0.04-0.06-0.08-0.1高程误差/m020406080100120检查点序号图2不同方案误差对比分析0.060.040.020-0.02-0.04-0.06-0.08-0.1高程误差/m05101520253035404550检查点序号硬化路面砂砾路面土质路面图3不同地形特征误差对比分析2.3高程精度评估为定性分析高程误差各项精度指标，分别计算3种方案高程误差和不同地形特征高程误差的平均值、均方根、标准差等，结果见表2、3，可以看出，3种方38第21卷第7期案高程精度的最大值、最小值均在0.10 m以内，平均值、均方根、标准差均在0.05 m以内；3种地形特征点高程精度的最大值、最小值均在0.10 m以内；硬化路面各项精度指标均最优，最大值、最小值均在0.06 m以内，平均值、均方根、标准差均在0.03 m以内；砂砾、土质路面的平均值、均方根偏大，因此沙砾、土质路面不宜大量采集高程点。表2不同航测方案高程精度对比/m方案方案1方案2方案3点数12999130最大值0.0840.0600.052最小值-0.098-0.090-0.051平均值0.005-0.0290.011均方根0.0350.0480.026标准差0.0350.0380.023表3不同地形特征高程精度对比/m地形特征硬化路面砂砾路面土质路面点数522126最大值0.0600.000.05最小值-0.060-0.09-0.09平均值-0.008-0.065-0.050均方根0.0300.0700.055标准差0.0290.0270.088比较传统航测方法和本文方法的优劣势，结果见表4，可以看出，通过本文方法进行无人机免像控航测可免去野外像控布点、像控测量、现场照片采集和内业刺点时间，且高程精度能满足11 000大比例尺测图要求。该方法机动灵活、成本低廉、分辨率高，无需外业布设像控点，可大量降低人力物力。表4方案优劣比较方法传统方法本文方法像控布点是否像控测量是否照片采集是否内业刺点是否精度检查是是3结语本文论述了免像控实景三维建模的关键技术与方法，并结合具体工程案例进行了分析。结果表明，在无地面像控点参与空三加密的条件下，无人机免像控技术获取的高精度POS数据结合高精度似大地水准面精化模型可达到快速获取高程的目的。由3种航测方案的高程精度分析可知，高程精度满足大比例测图精度要求。通过分析不同地形特征高程误差可知，应尽量在硬化路面上采集高程点。与传统航测作业方法相比，本文方法优势明显，可大大提高工作效率，节省人力物力。随着无人机免像控技术的不断优化以及似大地水准面精化模型精度的不断提高，传统测绘作业方式将被颠覆，可在短时间内获取大范围高精度4D产品，为地形地势分析、地质灾害监测提供可靠数据，助力实景三维中国建设。参考文献1宁津生，罗志才，李建成.我国省市级大地水准面精化的现状及技术模式J.大地测量与地球动力学，2004，24(1):4-82姚宜斌，杨元喜，孙和平，等.大地测量学科发展现状与趋势J.测绘学报，2020，49(10):1 243-12513刘伟东.无人机倾斜摄影模型应用及发展趋势J.中国测绘，2017(4):40-414Ackermann F.Practical Experience with GPS SupportedAerial TriangulationJ.The Photogrammetric Record，2010，14(84):860-8745Le V T，Nhat N H，Mai C N.Unmanned Aerial Vehicle(UAV)Application for Updating of Urban DatabaseJ.IOP Conference Series:Earth and Environmental Science，2021，652(1):12 011-12 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