傾斜攝影測量技術在不動產(chǎn)測繪中的應用研究

陳曉鵬

（甘肅省地礦局第三地質礦產(chǎn)勘查院,甘肅 蘭州 730000）

不動產(chǎn)測繪一般也稱為地籍測繪,其主要內(nèi)容包括地籍控制測量、界址點測量和地籍圖測繪。地籍調查也是地籍中的一個重要內(nèi)容,主要是對土地及其附著物的位置、權屬、數(shù)量、質量和利用現(xiàn)狀等基本情況進行的技術性工作。地籍調查的程序包括調查準備、調查的組織方案和技術方案、收集資料、外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)工作、檢查驗收和成果整理[1-4]。本文重點從傳統(tǒng)的外業(yè)測量入手,對其作業(yè)方案進行優(yōu)化。傳統(tǒng)的地籍測量,是利用全站儀、GPS-RTK、鋼尺等測繪設備進行界址點的采集和房屋邊長等的測量,這種方法不但作業(yè)成本高,而且效率低,外業(yè)工作強度高,有必要對其進行優(yōu)化,提升作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本和減輕工作強度[5-6]。筆者深入研究了近年來發(fā)展起來的傾斜攝影技術,分析了其作業(yè)的優(yōu)勢,提出使用傾斜攝影技術進行不動產(chǎn)測繪。本文通過實際案例,探討了傾斜攝影的作業(yè)流程和注意事項,希望可以為同行提供參考,優(yōu)化傳統(tǒng)的不動產(chǎn)測繪方案。

1 無人機傾斜攝影技術

無人機傾斜攝影技術是指通過航空攝影的方式進行測繪產(chǎn)品的制作,其搭載的航攝儀通常是由多個鏡頭組成,常見的有2 鏡頭、3 鏡頭、5 鏡頭甚至更多鏡頭。無人機的續(xù)航時間和掛載的相機有直接的關系,從這方面出發(fā),也有人采用單鏡頭通過多向飛行的方式進行傾斜影像的采集。在多鏡頭中,5 鏡頭相機為目前用戶最多的,其是由1 個下視和4 個側視相機組成[7]。下視鏡頭基本上是與被攝物體垂直的,因此可以認為是垂直于被攝物體,進行頂部信息的采集,但是實際上是中心投影,因此除了影像中心,其余地方都是存在畸變的。5 拼中的相機,側視鏡頭與被攝物體一般是45°夾角的關系,是從多個角度獲取被攝物體的側面信息的。在獲取相關影像后,結合搭載的定位定姿裝備,獲取高精度的GPS 數(shù)據(jù),然后利用專業(yè)的建模軟件進行實景三維模型的生產(chǎn)?；趯嵕叭S模型開展一系列測繪產(chǎn)品的生產(chǎn),這一技術被稱為傾斜攝影測量,其作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 傾斜攝影測量流程圖

2 案例分析

本次測試區(qū)域位于甘肅省蘭州市某一村落,該村約有住戶150 戶,房屋主要以一二層為主,地勢平坦,高差較小,采用固定高度飛行,基本可以獲取同分辨率影像。房屋分布稀疏,采用傾斜攝影技術,構建的模型精細度好、完整性好,也有利于后期基于模型進行測繪產(chǎn)品的制作,以下是本次進行精度測試的主要環(huán)節(jié)和具體內(nèi)容。

2.1 航線規(guī)劃

為了能夠達到地籍精度要求,按照影像分辨率與采集精度之間的關系,本次設計采樣分辨率為1.5cm,為了模型足夠精細、完整,本次在重疊度設計方面,按照航向、旁向85%進行設置。為了減小畸變投影差,本次選擇下視焦距為35mm 的索尼RX1RM2,側視焦距為50mm的5 拼相機,像幅大小為5304*7952,具體的航線設計參數(shù)如圖2 所示。

圖2 航線參數(shù)設計

2.2 控制點噴涂與采集

傳統(tǒng)的垂直攝影測量布設控制點時,是要根據(jù)航線規(guī)律進行布設的,這樣才能有效保障布置的點位精度至少有5 度6 度重疊,位于邊緣區(qū)域的點位至少要達到3度重疊,這樣在后期平差時,控制點才可以發(fā)揮作用。在傾斜攝影中,不用考慮重疊度,只需根據(jù)范圍線和點位間距,按照一定的間距均勻布設點位即可。本次作業(yè),在圖新地球中,套合衛(wèi)星影像和范圍線,布設點位間距在300 米左右,任務范圍線邊緣均要布設點位,這樣才能保障邊緣區(qū)域成果的精度。外業(yè)將布設好的點位導入奧維手機APP 中,通過導航的方式,對每個點進行噴涂和測量。考慮到航飛地面分辨率和地物圖標的關系,本次噴涂的對三角邊長為50cm,采用紅白油漆進行噴涂,并將點號標注在旁邊,具體的噴涂成果如圖3 所示。

圖3 控制點噴涂圖標

在坐標采集時,需通過雙手扶桿,待氣泡位于中心,且狀態(tài)為固定解時進行采集。為了減小偶然誤差,在采集的過程中,對每個點位均采集了3 次,且彼此之間的誤差要求小于1cm,否則視為不合格,需要對該點進行重新測量。在采集坐標時,對控制點的實地情況也進行拍攝,需要有近景和遠景照片,遠景照片有助于判斷方位,快速找到點位的大概位置,近景照片可以反映采集坐標時的位置,有助于提升控制點轉刺的精度。

利用GPS-RTK 采集的點作為已知點,將全站儀架設在已知點上進行檢測點的采集,檢測點主要采集的是特征點,因為采集的地籍圖是基于特征點采集的,這樣更能說明此方法檢測地籍成果精度的可靠性。通過多次假設全站儀,在任務區(qū)范圍內(nèi)均勻隨機采集檢測點24 個,利用鋼尺量測宗地邊長、房屋邊長共計18 條。

2.3 航空攝影

航空攝影主要是獲取影像數(shù)據(jù),分為航飛準備、航飛作業(yè)和降落回收三部分。航飛準備主要包括航飛前的各項設備檢查,主要檢查內(nèi)存卡和電池等；航飛作業(yè)主要是對影像數(shù)據(jù)進行獲取,在自動獲取的同時,需要時刻關注航飛狀態(tài),確保航飛是在可控之內(nèi)的；降落回收主要是對無人機進行安全降落,下載航飛軌跡數(shù)據(jù),然后取出內(nèi)存卡,拷貝所采集的影像數(shù)據(jù)和下載的POS 數(shù)據(jù)。

2.4 影像成果質檢

首先對影像數(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù)的個數(shù)進行檢查,在正常作業(yè)時,相機曝光一次,就會獲得1 張下視影像,記錄一個POS 位置。通過檢查,本次共獲得POS 數(shù)據(jù)2104個,獲得下視影像2104 張,側視影像8416 張。其次對影像的整體質量進行查看,通過人機交互的方式查看影像,其中部分影像顏色較暗,需進行亮度調整處理。

2.5 空三加密

2.5.1 數(shù)據(jù)預處理

本次使用航天遠景的EPT3.0 軟件,對影像的亮度進行調整,亮度調整完成后,對影像名和POS 名進行重置。首先利用拖把更名器,對5 個鏡頭的影像進行重命名,然后通過5 拼相機安置參數(shù),利用自主開發(fā)的軟件,以下視鏡頭POS 為基準,對側視鏡頭的POS 數(shù)據(jù)進行解算,得到每個相機曝光時的實際位置坐標,最后按照5組影像的命名,對POS 分別進行命名,確保照片和POS一一對應且是唯一的。

2.5.2 工程創(chuàng)建和參數(shù)完善

本次數(shù)據(jù)解算使用主流的ContextCapture（下文簡稱CC）軟件,首先新建工程,設置工程名、工程路徑、任務提交路徑等,然后通過文件夾的形式,一次性加載所有影像數(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù),最后打開相機檢校報告,輸入每組相機精確的相機焦距。利用影像檢查功能,快速的對工程中的影像進行檢查,確保影像無損壞。

2.5.3 空三加密和刺點平差

工程創(chuàng)建完成后,直接提交空三任務,然后開啟本機引擎和集群電腦的引擎,通過集群的方式快速進行空三解算處理?？杖馑氵^程涉及到特征點檢測、特征點提取、特征點匹配和平差,其中平差是以POS 數(shù)據(jù)為依據(jù)進行的。待自由網(wǎng)空三完成后,將采集的控制點導入軟件中,利用Shift 和鼠標左鍵進行點位的轉刺,待所有點位轉刺完成后,提交平差任務,進行平差解算。該軟件平差方式為局域網(wǎng)平差,該方法平差精度可靠且精度高,平差完成后,對其平差報告進行查看,所有控制點精度均達到了毫米級精度,其平面中誤差為0.003 米,高程中誤差為0.004 米,匹配的加密點的重投影中誤差為0.231個像元大小,小于規(guī)范要求的2/3 個像元大小,成果可用。

2.6 三維重建

三維重建主要包括多視影像密集匹配、密集DSM 生成、不規(guī)則三角網(wǎng)構建、金字塔創(chuàng)建、紋理映射和優(yōu)化、模型格式轉換輸出、成果質檢和分析應用等,其具體的流程如圖4 所示。

圖4 三維重建流程示意圖

在CC 軟件中進行建模,需要設置的參數(shù)如下：（1）設置空間框架坐標系,這里設置的坐標系和控制點以及目標坐標系一致；（2）瓦片相關設置：設置瓦片劃分方式為規(guī)則平面劃分,設置瓦片大小為200*200 米,這樣可以充分利用集群電腦的高配資源；（3）原點設置：本次任務區(qū)是獨立的,因此不需要對瓦片切塊原點和模型坐標原點進行設置,按照默認的數(shù)值即可；（4）平面簡化：為了盡可能保留建構筑物的棱角結構,提高后期點位精度的采集,在這里設置平面簡化方數(shù)值為0,單位為米；（5）設置輸出格式：后期要用于地籍圖的采集,目前主流的采集格式均為OSGB,因此這里設置輸出格式為OSGB；（6）對原始數(shù)據(jù)不進行壓縮,確保輸出的模型質量最高,其余參數(shù)默認。設置完成后,提交建模任務,開啟集群電腦,聯(lián)機進行三維模型的重建。重建完成后,對模型的質量進行檢查,模型完整、清晰度高、無拉花現(xiàn)象,因此內(nèi)業(yè)基本上可以完成定位和定性的判定。利用CC 自帶的瀏覽軟件,將模型打開,然后通過人機交互的方式,用控制點對模型的精度進行檢測,最后得到模型精度中誤差平面為0.015 米,高程中誤差為0.018 米,精度良好,成果可以用于地籍圖測繪。

2.7 地籍圖采編與調繪

利用浙江迪奧潽的SV365 軟件進行本次地籍圖的采集作業(yè)。首先是對輸出的成果進行轉換,將模型成果和元數(shù)據(jù)文件導入SV365 軟件中,軟件將其轉換為可識別的格式并自動進行加載。手動加載正射影像,選擇對應圖層下的命令,進行地籍圖的采集。主要采集的對象是宗地的界址點和房屋的界址點,并根據(jù)模型,結合實際情況,對宗地和房屋的范圍線進行繪制。在采集的時候,通過查看模型和原片的方式,對采集對象的屬性進行錄入,這樣可以減少后期的工作量,采集完成后,將成果導出為DWG 格式,并導入平板,用于外業(yè)的調繪和完善。利用CASS 打開采集的地籍圖成果,和現(xiàn)場實際情況進行對比,將不正確的屬性進行修改,將遺漏掉的部分進行補測,最后和內(nèi)業(yè)的成果進行匯總整理,得到最終的地籍圖成果。

3 精度統(tǒng)計與評定

對采集的24 個檢測點精度進行檢測統(tǒng)計,統(tǒng)計結果見表1,表中單位為cm。

表1 檢測點精度檢測統(tǒng)計表

利用同精度中誤差計算公式可知[8],本次檢測點的中誤差為4.0cm,可以滿足地籍精度要求。將模型上采集的距離和鋼尺外業(yè)采集的距離進行比對,得到表2 的結果,表中單位為cm。

由表2 可知,本次18 條檢測邊精度均合格,表明本次采集的地籍圖成果精度是符合要求的,該成果可以直接用于地籍圖測繪。

表2 距離精度檢測統(tǒng)計表

結束語

本文以實際生產(chǎn)項目為例,對傾斜攝影測量技術在不動產(chǎn)測繪中的應用進行了具體分析,從航攝前的相關準備、航攝作業(yè)、航攝成果的內(nèi)業(yè)處理到地籍圖的采集制作,通過外業(yè)采集的特征點和量測的建構筑物距離,對其精度進行了檢核。結果表明,本次的案例精度可以滿足地籍測繪精度要求,也可以為同類型地籍測繪提供有效參考。