應(yīng)用傾斜攝影開展房地一體化

鐘棉卿

（中交通力陜西環(huán)境綠化工程有限公司，陜西西安 710075）

0 引言

傾斜攝影技術(shù)通過獲取地物多視角、重疊度極高的高分辨率影像，經(jīng)圖像處理技術(shù)自動(dòng)識(shí)別地物特征點(diǎn)、密集匹配技術(shù)獲取豐富的立體相對(duì)，生成海量的三維地物點(diǎn)云，結(jié)合影像真實(shí)色彩，建立地物的真實(shí)表面模型，是近年來迅速發(fā)展的三維建模新技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、自然資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、旅游、電力、水利、油田、文物保護(hù)等領(lǐng)域。本文結(jié)合這項(xiàng)技術(shù)的現(xiàn)狀，提出利用傾斜攝影技術(shù)開展農(nóng)房一體化的方和可行的作業(yè)流程，闡明新技術(shù)在房地一體化工作中的適應(yīng)性。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀

目前，基于傾斜攝影測(cè)量開展建模，已經(jīng)有了成熟的商業(yè)產(chǎn)品，國外傾斜攝影自動(dòng)建模軟件主要有：法國Acute3D公司的ContextCapture－Center、法國Astrium公司的StreetFactory、美國Skyline公司的PhotoMesh等[1]。這些產(chǎn)品利用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)景三維建模，建模效率高、自動(dòng)化程度高，但精細(xì)化差、無法實(shí)現(xiàn)建筑物單體化。

國內(nèi)傾斜攝影軟件也有了很大的發(fā)展，如北京東方道爾公司生產(chǎn)的Lidar+Cixtex，武漢華正公司的Lidar+3DRealWorld采用機(jī)載LiDAR和傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)景三維建模[2]。組合系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)建筑物單體化，模型相對(duì)精細(xì)，效率較低。每個(gè)傾斜攝影工程都需要飛兩種設(shè)備，作業(yè)門檻和成本都偏高，三維模型的效率較傳統(tǒng)方式有較大進(jìn)步。超圖軟件針對(duì)傾斜攝影三維建模的特點(diǎn)，在2015年推出的SuperMap GIS7C版本攻克了海量?jī)A斜模型加載、單體化等諸多技術(shù)難題并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了深入的挖掘，走在了世界前列。在后處理軟件方面，武漢天際航信息科技股份有限公司于2014年下半年開發(fā)的傾斜攝影三維模型修復(fù)優(yōu)化處理軟件DP Modeler，完善和豐富了產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。

2 無人機(jī)傾斜攝影房地一體化解決方案

2.1 技術(shù)方案測(cè)試

傾斜攝影測(cè)量生產(chǎn)真實(shí)景三維模型受地形、飛行方案、傳感器角度、采用的軟件等影像，需要首先采用不同飛行平臺(tái)搭載不同相機(jī)進(jìn)行測(cè)試，檢查獲取的影像質(zhì)量，從而確定最適的飛行平臺(tái)和相機(jī)類型；然后設(shè)計(jì)出多套像控測(cè)量方案，并獲取多種分辨率的傾斜影像；再根據(jù)傾斜影像的分辨率、重疊度、POS精度情況，進(jìn)行空三加密參數(shù)的設(shè)置，生產(chǎn)實(shí)景模型；最后基于實(shí)景模型進(jìn)行地籍要素采集，并對(duì)成果精度進(jìn)行檢查，檢查方法主要是通過外業(yè)實(shí)地抽樣巡查的方法，使用解析法檢查成果的平面精度。

2.2 傾斜航空攝影方案設(shè)計(jì)

2.2.1 飛行方案設(shè)計(jì)

為滿足高精度的地籍測(cè)量要求，必須采用專業(yè)的傾斜攝影設(shè)備，采集地面分辨率優(yōu)于2cm的影像數(shù)據(jù)，且根據(jù)測(cè)區(qū)地形地貌、氣候情況和飛行空域情況[3]，安全合理的布設(shè)航線，計(jì)劃航攝時(shí)間，申請(qǐng)空域。航空攝影時(shí)需要充分考慮地形高差導(dǎo)致的精度誤差，同時(shí)山區(qū)的山體高度和山谷風(fēng)對(duì)低空飛行安全帶來的各種隱患。

不同于傳統(tǒng)攝影測(cè)量，傾斜攝影為獲取更多的側(cè)面信息，避免遮擋，傾斜攝影采用多角度航拍的方式，航攝重疊度也由傳統(tǒng)的航向65%左右、旁向30%左右增加至航向和旁向均在70%以上。

傾斜攝影應(yīng)用于地籍測(cè)量時(shí)的航攝方案設(shè)計(jì)需因地制宜，綜合考慮建筑物密度、高度、植被遮擋、地形起伏、風(fēng)速、相機(jī)曝光時(shí)間等的影響，選用滿足項(xiàng)目要求的相機(jī)，設(shè)計(jì)適合的影像重疊度和地面分辨率，進(jìn)行大量的地籍測(cè)量試點(diǎn)驗(yàn)證工作，總結(jié)出一套傾斜攝影用于地籍測(cè)量的航攝設(shè)計(jì)方案。

2.2.2 像控方案設(shè)計(jì)

像控點(diǎn)結(jié)合吐根控制測(cè)量來布設(shè)，點(diǎn)位選擇點(diǎn)位的選擇既要滿足圖根控制點(diǎn)的要求，也要滿足像控點(diǎn)對(duì)地面條件的要求，同時(shí)在圖根控制點(diǎn)上布設(shè)輔助標(biāo)識(shí)，這樣既可以滿足航空攝影測(cè)量的要求，也可以滿足后期地籍要素測(cè)量的要求。考慮到傾斜攝影獲取的傾斜影像受地物遮擋影響較大，且需滿足后續(xù)空三加密和地籍測(cè)量的精度要求，像控測(cè)量往往先于傾斜攝影，需提前在地面開闊區(qū)域布設(shè)地標(biāo)，地標(biāo)尺寸需適中。地標(biāo)密度根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理方案設(shè)計(jì)

包括空三加密方案設(shè)計(jì)和基于實(shí)景三維模型的地籍要素采集兩方面內(nèi)容。傾斜攝影需采用適用于傾斜攝影方式的空三加密軟件，如StreetFactory、ContextCaptureCenter、PhotoMesh 等。

實(shí)景三維模型可直觀表現(xiàn)地形地貌特征及建筑物細(xì)節(jié)，逼真的表現(xiàn)地物的紋理和色彩4，而且在實(shí)景三維模型上房屋可通過采集兩墻面，直接交匯出房角，不需縮房檐；房屋層數(shù)和房屋材質(zhì)可識(shí)別；路面性質(zhì)、獨(dú)立地物性質(zhì)也可清晰判別，因此基于實(shí)景三維模型進(jìn)行大比例尺DLG生產(chǎn)，在地籍測(cè)量、不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪等領(lǐng)域，具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

2.3 作業(yè)流程

2.3.1 控制測(cè)量

即像控點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量，像控點(diǎn)一般布設(shè)于開闊的平坦地面上，避免被周圍植被、高大建筑所遮擋，像控點(diǎn)位于平面上，能減少高差造成的精度損失，在像控點(diǎn)上布設(shè)明顯的地標(biāo)，易于在影像上識(shí)別，像控點(diǎn)采用GPS設(shè)備全野外實(shí)測(cè)。

2.3.2 低空無人機(jī)傾斜攝影

按照測(cè)試區(qū)確定的攝影測(cè)量參數(shù)與無人機(jī)飛行的參數(shù)開展外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作，還應(yīng)因地制宜的考慮測(cè)區(qū)內(nèi)的地形高程起伏，高聳地物的影響和地區(qū)風(fēng)力對(duì)對(duì)低空飛行安全帶來的各種隱患。此外，為保證前后視鏡頭、側(cè)視鏡頭覆蓋整個(gè)攝區(qū)，傾斜攝影在目標(biāo)區(qū)域外側(cè)至少需多敷設(shè)兩條航線。

2.3.3 空三加密

本項(xiàng)目涉及的空三匹配和平差解算都可由ContextCaptureCenter軟件自動(dòng)完成，基于圖像處理自動(dòng)提取大量顯著的物特征點(diǎn)，經(jīng)基于多視角的影像的密集自動(dòng)匹配技術(shù)獲取海量的地物表面點(diǎn)云。軟件基于瓦片技術(shù)，將每一個(gè)瓦片打包建立成為一個(gè)任務(wù)，利用消除畸變差的多視影像和空三優(yōu)化后的高精度外方位元素構(gòu)建立體像對(duì)。

2.3.4 實(shí)景三維構(gòu)建

ContextCaptureCenter軟件可實(shí)現(xiàn)實(shí)景模型的三維自動(dòng)化生產(chǎn)。基于地物表面密集的點(diǎn)云構(gòu)成不規(guī)則三角形TIN模型，根據(jù)影像提供的真實(shí)紋理信息，生成三維真實(shí)感模型。

2.3.5 基于實(shí)景三維的地籍測(cè)量

本項(xiàng)目采用清北京山維科技股份有限公司研發(fā)的EPS 3DSurvey三維測(cè)圖系統(tǒng)進(jìn)行地籍要素測(cè)量。該系統(tǒng)提供了基于正射影像、實(shí)景三維模型、傾斜影像、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的二三維采集編輯工具，支持大數(shù)據(jù)瀏覽以及高效采編建庫一體化，直接對(duì)接基礎(chǔ)測(cè)繪、不動(dòng)產(chǎn)、智慧城市等專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。針對(duì)地籍測(cè)量，EPS 3DSurvey三維測(cè)圖系統(tǒng)具有專有的快捷房屋繪制、模型提取、地物采集等專用功能模塊。

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，可以迅速獲取真正攝影像圖、數(shù)字地表模型，由于高分辨率相機(jī)的迅速發(fā)展，小型無人機(jī)技術(shù)低空作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，很容易就能獲得分辨率極高的、細(xì)節(jié)充分的真實(shí)感實(shí)景農(nóng)村場(chǎng)景模型，房屋的拐點(diǎn)和其他的地物特征點(diǎn)易于辨識(shí)，房檐無需外業(yè)調(diào)繪，房屋層數(shù)和房屋材質(zhì)可識(shí)別；路面性質(zhì)、獨(dú)立地物性質(zhì)也可清晰判別；可輕易量測(cè)陽臺(tái)等附屬設(shè)施等，為房地一體化項(xiàng)目的開展打開了一條高效的作業(yè)模式，大量減少外業(yè)調(diào)繪和工作量。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

3.1 高精度的數(shù)據(jù)成果

應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)使用高重疊度的高分辨率影像組，獲取了豐富的多余觀測(cè)值，通過了嚴(yán)密的控制測(cè)量方案嚴(yán)格控制了地物特征點(diǎn)的匹配精度，模型誤差能達(dá)到cm級(jí)，能達(dá)到地籍測(cè)量的要求。另外，通過多視角的影像對(duì)，實(shí)現(xiàn)了封閉區(qū)域、不易達(dá)區(qū)域的建模，有利于充分的采集數(shù)據(jù)，使使測(cè)繪成果精度更加均勻。

3.2 生產(chǎn)工藝自動(dòng)化水平高

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)水平的提高，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的自動(dòng)化飛行，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中，商業(yè)軟件和研究軟件自動(dòng)匹配，生成三維實(shí)景模型，將傳統(tǒng)模式下辛苦、勞動(dòng)強(qiáng)度高的測(cè)量工作，轉(zhuǎn)化道內(nèi)業(yè)基于實(shí)景模型的立體采集工作上，內(nèi)外業(yè)人員可實(shí)現(xiàn)輕松測(cè)圖。

3.3 有利于質(zhì)量控制

對(duì)于質(zhì)檢部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)成果檢查由外業(yè)抽查移植到內(nèi)業(yè)檢查，數(shù)據(jù)成果疊加實(shí)景三維模型，輕松抽查丟漏、測(cè)錯(cuò)、取舍不合理等質(zhì)量問題。

傳統(tǒng)作業(yè)模式需要道實(shí)地進(jìn)行檢查，只能抽查，采用傾斜攝影測(cè)量構(gòu)建三維實(shí)景模型后，數(shù)據(jù)的檢查大部分工作可以基于三維實(shí)景模型看展，成果檢查從外業(yè)被移植到內(nèi)業(yè)，輕松檢查丟漏、測(cè)錯(cuò)、取舍不合理等質(zhì)量問題。

3.4 減少了外業(yè)調(diào)繪，保障了作業(yè)安全

基于高分辨率的三維實(shí)景模型，地物狀態(tài)一目了然，無需調(diào)繪房檐；房屋層數(shù)和房屋材質(zhì)可識(shí)別；路面性質(zhì)、獨(dú)立地物性質(zhì)也可清晰判別；極大程度上減少了地物遮擋，可輕易量測(cè)陽臺(tái)等附屬設(shè)施，使外業(yè)調(diào)繪工作量大幅度減少。新技術(shù)使大量的外業(yè)工作在內(nèi)業(yè)就可以完成，不受天氣影響，既保障了作業(yè)人員的作業(yè)安全，同時(shí)也能解決外業(yè)拒測(cè)的居民區(qū)或施工工地采集難的問題。

4 總結(jié)

本文基于房地一體化的工作內(nèi)容和傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探討了將傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于房地一體化項(xiàng)目的可行性，并通過一個(gè)具體的案例介紹了采用此技術(shù)開展房地一體化的技術(shù)方案和作業(yè)流程，討論了重點(diǎn)和難點(diǎn)，并總結(jié)了技術(shù)優(yōu)勢(shì)所在，搭載低空無人機(jī)開展房地一體化工作，具有高效的數(shù)據(jù)獲取能力，配合自動(dòng)化的商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，提高了內(nèi)外業(yè)的自動(dòng)化水平，大大減少了生產(chǎn)作業(yè)的周期，能夠生產(chǎn)高精度、真實(shí)感以及低成本的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，希望新技術(shù)在地籍測(cè)量、房屋調(diào)查等領(lǐng)域得以推廣應(yīng)用。