無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在農(nóng)村房地一體測(cè)量中的應(yīng)用

楊德浩

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 551400）

隨著測(cè)繪技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，越來(lái)越多先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)逐步被應(yīng)用于各測(cè)繪工程領(lǐng)域，這些測(cè)繪技術(shù)突破了傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)限制，保障了高效率、高精度測(cè)量任務(wù)的完成。當(dāng)前，為加快新農(nóng)村建設(shè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)的科學(xué)規(guī)劃，各個(gè)農(nóng)村地區(qū)都開(kāi)展了房地一體測(cè)量。但是，由于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相對(duì)落后，在宅基地與房屋調(diào)查方面，難以保障測(cè)量任務(wù)的順利完成。而無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有較高的靈活性、適用性等特征，在房地一體測(cè)量中的應(yīng)用具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的基本概述

在傳統(tǒng)的測(cè)量工作中，正射影像往往只能夠通過(guò)垂直拍攝來(lái)獲得，而在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)條件下，通過(guò)在同一個(gè)飛行平臺(tái)上多方位傳感器、POS系統(tǒng)的搭載使用，有效實(shí)現(xiàn)了垂直、前、后、左、右五個(gè)方向上的地表影像采集與獲取。在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的控制系統(tǒng)在影像的采集過(guò)程，同樣能夠進(jìn)行拍攝瞬間航向、高度、速度等的控制[1]。在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，不僅能夠獲得清晰的建筑物頂面、側(cè)視信息與地物紋理信息，還能夠直接利用所獲得的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維實(shí)體模型的構(gòu)建，在該模型中進(jìn)行物體長(zhǎng)度、角度與面積等信息的直接量測(cè)。與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高精度、高效率，有較好的靈活性與適應(yīng)性，單張相片的快速測(cè)量與獲取，直接進(jìn)行建筑物頂面與側(cè)面紋理信息的掌握，成本較低等方面[2]。

2 農(nóng)村房地一體測(cè)量的基本思路

農(nóng)村房地一體測(cè)量工作中，主要包含了對(duì)宅基地界址點(diǎn)、房屋房角點(diǎn)的測(cè)量、地籍調(diào)查底圖的繪制。要充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在房地一體測(cè)量中的作用，需遵循總體的測(cè)量思路：首先在測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)及其數(shù)據(jù)采集，然后布設(shè)航線(xiàn)進(jìn)行高分辨傾斜影像的獲取，進(jìn)而制作工作底圖以及坐標(biāo)系統(tǒng)、點(diǎn)坐標(biāo)的檢查與確定，最后進(jìn)行內(nèi)業(yè)測(cè)繪成果的生產(chǎn)。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在農(nóng)村房地一體測(cè)量中的具體應(yīng)用

3.1 外業(yè)飛行方案設(shè)計(jì)

外業(yè)飛行方案的設(shè)計(jì)是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中，最為關(guān)鍵的是要進(jìn)行飛行系統(tǒng)、航線(xiàn)規(guī)劃的選擇，飛行系統(tǒng)的選擇與方案設(shè)計(jì)將直接決定影像的質(zhì)量、外業(yè)飛行的整體效率。因此，在農(nóng)村房地一體測(cè)量工作中，相關(guān)人員必須重點(diǎn)關(guān)注飛行系統(tǒng)、航線(xiàn)設(shè)計(jì)。

（1）飛行系統(tǒng)的選擇。在飛行系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)過(guò)程中，專(zhuān)業(yè)人員需結(jié)合拍攝區(qū)域內(nèi)的具體范圍大小、特征進(jìn)行。從根本上看，農(nóng)村房地一體測(cè)量工作中，主要是以村為單位的，相比較而言，其測(cè)量面積有限。但是，在實(shí)際的測(cè)量工作中，由于村落的分布具有分散性，位置分布相對(duì)散亂，因此，測(cè)量的具體范圍相對(duì)較大，如果選用大面積傾斜攝影測(cè)量飛行系統(tǒng)，往往難以獲得高精度、高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)，而要選用輕小型旋翼無(wú)人機(jī)、單鏡頭飛行系統(tǒng)完成測(cè)量任務(wù)[3]。這種飛行系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①飛行系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)硬件設(shè)備設(shè)施多為輕小型設(shè)備，整體重量較小，具有攜帶的便捷性；②單架次的作業(yè)面積完全能夠達(dá)到農(nóng)村房地一體測(cè)量工作的整體需求；③單鏡頭云臺(tái)系統(tǒng)的存在使得測(cè)量工作更具靈活性與便捷性，通過(guò)對(duì)被測(cè)區(qū)域建筑物高度與間距距離的掌握能夠進(jìn)行云臺(tái)角度的科學(xué)調(diào)整；④整體的成本投入相對(duì)較小，能夠保障飛行的安全性。

（2）航線(xiàn)規(guī)劃方案設(shè)計(jì)。在航線(xiàn)規(guī)劃方案的設(shè)計(jì)方面，專(zhuān)業(yè)人員需結(jié)合被測(cè)區(qū)域內(nèi)的具體情況，科學(xué)地進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，主要是進(jìn)行地面分辨率、飛行高度、影像重疊率、航行高度、云臺(tái)傾斜角度等的設(shè)計(jì)[4]。由于這些參數(shù)最終會(huì)影響影像數(shù)據(jù)的精度，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需結(jié)合實(shí)際情況，在滿(mǎn)足測(cè)量質(zhì)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)。比如，以某農(nóng)村房地一體測(cè)量為例，其參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 飛行的具體參數(shù)

3.2 地面控制點(diǎn)布設(shè)與坐標(biāo)系統(tǒng)選擇

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村房地一體測(cè)量中應(yīng)用時(shí)，同樣需要加強(qiáng)對(duì)地面控制點(diǎn)布設(shè)與坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇控制，這些環(huán)節(jié)的存在主要是要進(jìn)行后期空中三角測(cè)量加密精度的科學(xué)控制。在地面控制點(diǎn)的布設(shè)、坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇過(guò)程中，相關(guān)人員需嚴(yán)格根據(jù)航飛路線(xiàn)的具體設(shè)定、試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)地形地勢(shì)的變化情況，進(jìn)行地面控制點(diǎn)數(shù)量的科學(xué)設(shè)定。只有保障了地面控制點(diǎn)的布設(shè)密度，才能夠從根本上保障三維模型精度。在像控點(diǎn)的布設(shè)方面，相關(guān)人員不僅要考慮被測(cè)區(qū)域的具體情況，還需要在滿(mǎn)足測(cè)量精度的前提下，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)因素、時(shí)間周期等因素的考察，進(jìn)而使得像控點(diǎn)布設(shè)方案能夠與現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量要求保持一致[5]。比如，在某一農(nóng)村房地一體測(cè)量工作中，要達(dá)到航攝影像分辨率為0.01m的要求，在該村落內(nèi)，各個(gè)地面控制點(diǎn)的距離需保持在80m左右。通常情況下，地面控制點(diǎn)包含了灰標(biāo)與漆標(biāo)兩種，在布設(shè)的過(guò)程中，如果針對(duì)的是材質(zhì)堅(jiān)硬且不易被破壞的地區(qū)，一般需設(shè)置漆標(biāo)；而在質(zhì)地較軟且容易被破壞的區(qū)域內(nèi)，一般需進(jìn)行臨時(shí)性灰標(biāo)的設(shè)置。在坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇方面，需嚴(yán)格根據(jù)國(guó)家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，保障坐標(biāo)系統(tǒng)的合理應(yīng)用。

3.3 實(shí)景三維建模

實(shí)景三維建模包含了多個(gè)環(huán)節(jié)，如空三測(cè)量、密集匹配點(diǎn)云、三維建模環(huán)節(jié)。在空中三角測(cè)量過(guò)程中，特征點(diǎn)提取與光束法區(qū)域網(wǎng)平差是其中的重要環(huán)節(jié)。由于POS系統(tǒng)的存在，其能夠?yàn)闇y(cè)量控制系統(tǒng)提供多視影像的外方位元素，并將這些元素作為初始值，而在此條件下，利用尺度和仿射不變特征算法能夠直接對(duì)多視影像的特征點(diǎn)加以科學(xué)匹配，根據(jù)匹配結(jié)果進(jìn)行不同影像之間的連接，進(jìn)而獲得相應(yīng)的連接點(diǎn)。光束法區(qū)域網(wǎng)平差是空三角測(cè)量中應(yīng)用最多的方式，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，能夠獲得最高的解密精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)、影像的精度控制。在農(nóng)村房地一體測(cè)量工作中，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)由于存在影像連接點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，利用該坐標(biāo)與地面控制點(diǎn)的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的平差計(jì)算，在此計(jì)算過(guò)程中，相關(guān)人員能夠準(zhǔn)確獲得各個(gè)連接點(diǎn)的地面坐標(biāo)、多視影像的外方位元素信息。通常情況下，在空中三角測(cè)量的加密計(jì)算過(guò)程中，可以直接利用ContextCapture軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)用這種軟件進(jìn)行解算以后，就能夠直接獲得相應(yīng)的空三處理效果。但是，即使在這種處理情況下，也常常會(huì)面臨空三數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題，如果空三數(shù)據(jù)難以達(dá)到測(cè)量的具體要求，此時(shí)，在測(cè)量工作中，相關(guān)人員可以通過(guò)添加連接點(diǎn)、刪除相關(guān)數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行再次的空三加密，這種重復(fù)的空三加密是為了進(jìn)一步提高空三結(jié)果的準(zhǔn)確性。

當(dāng)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行了相應(yīng)的空中三角測(cè)量以后，需根據(jù)所獲得的相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)與信息，進(jìn)行三維實(shí)體模型的建立。由于在ContextCapture系統(tǒng)內(nèi)可以直接利用影像匹配算法自動(dòng)進(jìn)行影像同名點(diǎn)的匹配，這種匹配算法的存在與應(yīng)用使得在系統(tǒng)的影像資料中，能夠直接進(jìn)行多個(gè)特征點(diǎn)的提取，進(jìn)而獲得密集點(diǎn)云。在空中三角測(cè)量以后，由于不同的影像之間能夠直接建立三角TIN關(guān)系，經(jīng)由這種關(guān)系，系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行白模的生成，再加上ContextCapture軟件的自動(dòng)紋理計(jì)算功能，能夠?qū)⒂?jì)算所獲得的紋理直接在白模上加以映射，而這種一一映射的對(duì)應(yīng)關(guān)系使得三維實(shí)體建模具有自動(dòng)化、高效化的特征。

3.4 EPS三維采集

當(dāng)獲得了農(nóng)村房地的傾斜攝影測(cè)量模型以后，EPS地理信息工作站能夠在該模型中直接進(jìn)行相關(guān)三維信息的導(dǎo)入與采集，信息的自動(dòng)化處理使得在該模型內(nèi)部能夠直接獲得農(nóng)村的房屋、圍墻、陽(yáng)臺(tái)以及其他附屬設(shè)施的準(zhǔn)確測(cè)量信息，還能夠直接進(jìn)行地面高程點(diǎn)信息的提取。具體來(lái)說(shuō)，在EPS三維采集過(guò)程中，利用前期ContextCapture系統(tǒng)所生成的三維模型、正攝影像，能夠直接將這些模型與影像在EPS中加載，這種加載過(guò)程有效實(shí)現(xiàn)了三維模型格式的轉(zhuǎn)變，當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)格式以后，能夠直接進(jìn)行三維模型相關(guān)信息的矢量化處理。在處理以后的三維模型內(nèi)，地籍?dāng)?shù)據(jù)的采集更為便捷，而線(xiàn)劃等方式的應(yīng)用可以直接進(jìn)行房屋繪制，在此繪制過(guò)程中，相關(guān)的房屋結(jié)構(gòu)、樓層數(shù)目信息等能夠被錄入系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)而保障整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)農(nóng)村房地信息的完整性與準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，農(nóng)村房屋測(cè)量在近年來(lái)逐步成為國(guó)家工作的重點(diǎn)。而無(wú)人機(jī)傾斜攝影作為一種新型的測(cè)量技術(shù)，在農(nóng)村房地測(cè)量工作中，能夠充分實(shí)現(xiàn)農(nóng)村房地的一體測(cè)量，保障相關(guān)房屋、宅基地信息的準(zhǔn)確獲取，而通過(guò)測(cè)量所獲得的信息能夠被直接用于農(nóng)村的戰(zhàn)略決策，促進(jìn)農(nóng)村的現(xiàn)代化發(fā)展。