傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用研究

高建彩

（三和數(shù)碼測(cè)繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

地籍測(cè)繪主要分為測(cè)繪位置和量測(cè)邊長(zhǎng)，傳統(tǒng)的位置測(cè)繪，主要采用全站儀、GPS-RTK 等設(shè)備進(jìn)行，利用全站儀進(jìn)行房屋、宗地界址點(diǎn)采集，精度高，但是要求通視，不然會(huì)因設(shè)站太多而導(dǎo)致作業(yè)效率低[1-2]；GPS-RTK 采集界址點(diǎn)精度較低，且在實(shí)際作業(yè)的過(guò)程中，由于墻面等因素的影響，氣泡很難居中，因此采集的點(diǎn)位和實(shí)際點(diǎn)位總是存在一定的偏差，這種偏差進(jìn)一步降低了采集成果的精度[3-5]。上述方法全程都是外業(yè)工作，對(duì)于宗地內(nèi)部的房屋，需要入戶進(jìn)行采集，不但風(fēng)險(xiǎn)高，而且有時(shí)家中無(wú)人，無(wú)法入戶進(jìn)行采集，影響了作業(yè)效率[6]。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)，特別是傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)，測(cè)繪開(kāi)始應(yīng)用傾斜攝影建模，然后利用模型進(jìn)行地籍圖采集成為了不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪的一個(gè)主要作業(yè)方案。本研究以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例，對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行了探究，并對(duì)最終的地籍圖成果精度進(jìn)行了檢測(cè)，成果能夠滿足地籍規(guī)范要求，并且主要工作量都是在內(nèi)業(yè)完成，較傳統(tǒng)的作業(yè)方式，效率更高，風(fēng)險(xiǎn)更低。

1 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影是指在飛行平臺(tái)上同時(shí)搭載多臺(tái)航攝儀，由飛控控制多臺(tái)航攝儀同時(shí)對(duì)地面進(jìn)行影像數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)[7-8]。通常見(jiàn)到的多臺(tái)航攝儀主要有搖擺2 鏡頭、3 鏡頭和固定5 鏡頭，其中以固定5 鏡頭最為常見(jiàn)。5 鏡頭由1 個(gè)下視航攝儀和4 個(gè)側(cè)視航攝儀組成，其下視航攝儀在作業(yè)時(shí)，主要采集建構(gòu)筑物頂部的紋理信息，而側(cè)視航攝儀則主要獲取建構(gòu)筑物側(cè)面紋理信息[9-10]。在獲取影像數(shù)據(jù)和相機(jī)曝光時(shí)的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)后，就可以利用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行模型生產(chǎn)了，并基于模型進(jìn)行地籍圖生產(chǎn)，其主要流程如圖1 所示。

圖1 基于傾斜攝影技術(shù)生產(chǎn)地籍圖流程圖

2 項(xiàng)目驗(yàn)證

本次選取甘肅省天水市某縣區(qū)一村莊作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該村莊面積約2 km2，有住戶約300 戶，房屋分布較集中，地勢(shì)平坦，房屋主要以1 層2 層為主，整個(gè)范圍內(nèi)高差約15 m，采用常規(guī)傾斜攝影方式就可以完成影像數(shù)據(jù)的采集。該村之前已完成宗地普查和農(nóng)村土地確權(quán)項(xiàng)目，已有較齊全的材料，因此本次入戶調(diào)查工作量較小，主要工作是地籍圖的測(cè)繪。實(shí)驗(yàn)區(qū)非禁飛區(qū)域，因此在確保飛行安全時(shí)，可以不進(jìn)行空域申請(qǐng)。

2.1 控制點(diǎn)采集

主要包括點(diǎn)位的布設(shè)、選取、噴涂與采集。點(diǎn)位的布設(shè)按照150 m 的間距在范圍線內(nèi)均勻選取，外業(yè)根據(jù)內(nèi)業(yè)布設(shè)的點(diǎn)位分布在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行點(diǎn)位的選取，并利用紅色油漆進(jìn)行點(diǎn)位的噴涂，在噴涂時(shí)，利用模板噴L 形狀點(diǎn)位，大小為80 cm，這樣在內(nèi)業(yè)可以清晰地對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行判斷。利用GPS-RTK 采集L形狀的內(nèi)三角，在采集的過(guò)程中，確保儀器是經(jīng)過(guò)檢校合格的，且氣泡居中，平滑3 次，且較差均在1 cm內(nèi)，所有采集的坐標(biāo)均要求為固定解，并通過(guò)遠(yuǎn)景、近景采集現(xiàn)場(chǎng)照片，便于后期在轉(zhuǎn)刺點(diǎn)位時(shí)，準(zhǔn)確對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行判斷。在采集完成后，對(duì)坐標(biāo)成果和現(xiàn)場(chǎng)照片成果進(jìn)行整理提交。在完成控制點(diǎn)的采集后，隨機(jī)均勻選取范圍線內(nèi)的房屋、宗地的界址點(diǎn)進(jìn)行采集，采集要求和控制點(diǎn)采集一樣，共采集特征點(diǎn)31 個(gè)，這些點(diǎn)主要用來(lái)對(duì)后期的地籍圖成果精度進(jìn)行檢測(cè)，外業(yè)實(shí)地噴涂的靶標(biāo)如圖2 所示。

圖2 實(shí)地噴涂靶標(biāo)

采集完檢測(cè)點(diǎn)，利用鋼尺對(duì)宗地邊長(zhǎng)和房屋邊長(zhǎng)進(jìn)行丈量，共量取檢測(cè)邊長(zhǎng)15 條，其長(zhǎng)短不一，具有一定的代表性，基本上可以反映本次成果的整體精度。

2.2 航線規(guī)劃

結(jié)合實(shí)驗(yàn)區(qū)的特點(diǎn)，本次選用SH-30X 無(wú)人機(jī)進(jìn)行作業(yè)，考慮到飛機(jī)的續(xù)航時(shí)長(zhǎng)，對(duì)任務(wù)區(qū)進(jìn)行劃分，共劃分為4 架次，每架次有100 m 的重疊區(qū)域，確保在數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，能夠有效采集架次邊緣的影像數(shù)據(jù)，并在后續(xù)數(shù)據(jù)處理時(shí)，能夠保證邊緣區(qū)域模型的完整性。

結(jié)合地籍精度要求，本次航線規(guī)劃地面采樣分辨率為1.3 cm，航向和旁向重疊度設(shè)置為85%和80%，相對(duì)航高為80 m，按照東西方向進(jìn)行架次劃分。為了有效保障測(cè)區(qū)邊緣后期成果的可用性，在規(guī)劃航線的過(guò)程中，對(duì)邊緣區(qū)域航線進(jìn)行外擴(kuò)，航向外擴(kuò)3個(gè)展點(diǎn)，旁向外擴(kuò)2 條航線，這樣按照航線飛行，可以保證后期任務(wù)區(qū)邊緣的模型是完整的。

2.3 影像采集

影像采集在2 d 內(nèi)完成，且是在上午十點(diǎn)到下午兩點(diǎn)之間，這樣可以減少陰影區(qū)域，提高影像的質(zhì)量。每次作業(yè)時(shí)，在起飛前，均對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行2 次檢查，確保各連接正確，檢查電池電量，并在地面進(jìn)行試拍，確保內(nèi)存卡可以正常讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，確保相機(jī)未發(fā)生變焦，在一切檢查完成后，進(jìn)行起飛采集影像數(shù)據(jù)。在采集的過(guò)程中，通過(guò)地面站時(shí)刻關(guān)注無(wú)人機(jī)在空中的飛行狀態(tài)，確保飛機(jī)是按照航線進(jìn)行正常作業(yè)，在采集完成后，完成無(wú)人機(jī)的降落，然后進(jìn)行更換電池和下載數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢查，確保數(shù)據(jù)成果的可用性。剔除地面試拍影像和POS（定位定姿系統(tǒng)）數(shù)據(jù)，本次共采集有效影像25 785 張，5 鏡頭POS 共用，因此采集POS 位置5 157 個(gè)。

2.4 新建工程

本次數(shù)據(jù)解算選用上海瞰景科技的Smart 3D軟件，4 架次數(shù)據(jù)合在一起進(jìn)行解算。新建工程主要是設(shè)置工程名和工程路徑，并設(shè)置集群作業(yè)時(shí)的任務(wù)讀取路徑，在設(shè)置完成后，加載影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)，并手動(dòng)輸入相機(jī)參數(shù)，主要是焦距和像元大小，在完成數(shù)據(jù)的輸入后，復(fù)制空三任務(wù)，并在復(fù)制的空三基礎(chǔ)上提交空三任務(wù)，進(jìn)行空三數(shù)據(jù)的解算。

2.5 空三加密

空三加密是對(duì)所有影像進(jìn)行特征點(diǎn)提取和匹配的一個(gè)過(guò)程，并結(jié)合輸入的POS 數(shù)據(jù)，對(duì)匹配出來(lái)的同名點(diǎn)進(jìn)行平差調(diào)整，剔除誤匹配的點(diǎn)和殘差較大的點(diǎn)。本次數(shù)據(jù)解算完成后，通過(guò)人機(jī)交互方式對(duì)加密成果進(jìn)行查看，解算過(guò)程中，丟掉13 張影像，但是位于測(cè)區(qū)邊緣，不會(huì)對(duì)后期成果帶來(lái)影響，因此可以忽略?？杖晒闯霈F(xiàn)分層和彎曲現(xiàn)象，并且查看加密報(bào)告可以得到其加密點(diǎn)重投影中誤差為0.41 pix，精度滿足2/3 個(gè)像元大小，成果可用。

2.6 刺點(diǎn)平差

目前無(wú)人機(jī)上安裝的定位裝置，通常定位精度在數(shù)十米，只是一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)，并不能直接用于測(cè)繪精度，因此需要轉(zhuǎn)刺像控點(diǎn)。本次采集的像控點(diǎn)成果，其坐標(biāo)是2 000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，主要的作用是通過(guò)局域網(wǎng)平差，將POS 坐標(biāo)系下的成果，轉(zhuǎn)換到控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)下，以實(shí)現(xiàn)成果的絕對(duì)坐標(biāo)。將整理好的控制點(diǎn)引入軟件中并進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，這樣就對(duì)照片進(jìn)行位置的約束，然后利用區(qū)域網(wǎng)平差算法對(duì)空三成果進(jìn)行平差調(diào)整，得到精度可以滿足地籍圖測(cè)繪精度要求的空三成果。在轉(zhuǎn)刺的過(guò)程中，對(duì)于點(diǎn)位位于照片邊緣的照片進(jìn)行剔除，不進(jìn)行點(diǎn)位轉(zhuǎn)刺，這樣可以有效降低影像畸變帶來(lái)的誤差影響。通過(guò)刺點(diǎn)平差，本次的控制點(diǎn)中誤差為0.003 m，精度完全可以滿足地籍精度要求。

2.7 三維重建

三維重建是基于空三成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)多視影像密集匹配和不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建算法進(jìn)行三維密集點(diǎn)云的生成和白膜的生成，然后結(jié)合紋理和坐標(biāo)之間的關(guān)系，對(duì)白膜進(jìn)行紋理的優(yōu)化選取和映射，得到最終的帶有紋理信息的三角網(wǎng)，并按照后續(xù)需求輸出OSGB 格式的三維模型。首先需要選擇輸出框架，在這里選擇和控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的框架即可。由于數(shù)據(jù)量較大，在輸出的過(guò)程中，對(duì)整個(gè)范圍內(nèi)的模型進(jìn)行劃分，結(jié)合集群電腦的配置，最小內(nèi)存為32 G，按照100 m 的間距，采用水平規(guī)則格網(wǎng)的方式進(jìn)行瓦片的劃分，預(yù)計(jì)需要內(nèi)存15 G，小于電腦內(nèi)存的一半，可以確保模型能夠正常輸出。輸出格式選擇OSGB，輸出坐標(biāo)系選擇控制點(diǎn)一致的坐標(biāo)系統(tǒng)，其余參數(shù)默認(rèn)即可，最終得到100 m×100 m 的瓦片成果共245 個(gè)。

2.8 地籍圖測(cè)繪

本次地籍圖測(cè)繪選用EPS 裸眼測(cè)繪軟件，首先對(duì)OSGB 格式的模型進(jìn)行索引創(chuàng)建，得到EPS 軟件能夠識(shí)別的DSM 文件，然后加載三維模型和正射影像，根據(jù)不同的地物選擇，不同的圖層命令進(jìn)行房屋和宗地的采集，并對(duì)屋檐進(jìn)行改正，在采集的同時(shí)完成房屋類(lèi)型、層高等屬性的完善。對(duì)于采集完成的成果，可以套合正射影像進(jìn)行檢查，找到采集錯(cuò)誤地進(jìn)行修改，使采集的成果可用。對(duì)于遮擋嚴(yán)重、模型變形嚴(yán)重區(qū)域，利用全站儀和GPS-RTK 進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)充采集，對(duì)于內(nèi)業(yè)無(wú)法判斷的房屋類(lèi)型和材質(zhì)進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，對(duì)內(nèi)業(yè)成果進(jìn)行修改和完善，最后對(duì)內(nèi)外業(yè)采集的成果進(jìn)行整合，得到最終的地籍圖成果。

3 精度統(tǒng)計(jì)分析

將外業(yè)采集的31 個(gè)特征點(diǎn)導(dǎo)入到EPS 軟件中，利用EPS 軟件中精度檢測(cè)工具，通過(guò)人機(jī)交互的方式，對(duì)采集的地籍圖成果精度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)表1 可以看出，本次31 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中，平面較差最大為7.1 cm，最小為3.5 cm，按照同精度中誤差計(jì)算公式可以得到31 個(gè)點(diǎn)的平面點(diǎn)位位置中誤差為3.6 cm，成果精度可以滿足地籍規(guī)范二級(jí)精度要求，成果可用。

表1 地籍圖界址點(diǎn)精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

將采集的15 條檢測(cè)邊長(zhǎng)轉(zhuǎn)為dxf 格式加載到CASS 制圖軟件中，量取每條檢測(cè)邊長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的地籍圖的實(shí)際距離，然后求出二者之間的較差，具體的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 檢測(cè)邊長(zhǎng)精度統(tǒng)計(jì)圖

通過(guò)圖3 可知，15 條檢測(cè)邊，其較差基本上分布在5～9 cm，成果精度可以滿足地籍精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)可知，采用傾斜攝影方式生產(chǎn)的地籍圖，精度可以滿足地籍規(guī)范要求，且較傳統(tǒng)方式而言，工作量主要集中在內(nèi)業(yè)的建模和采集環(huán)節(jié)，這樣就大大降低了出外業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，且效率得到了有效地提升，可以作為農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪的一種新的作業(yè)方法進(jìn)行推廣使用。