傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在房地一體測(cè)繪中的應(yīng)用研究

劉海雕

（甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730000）

房地一體項(xiàng)目與人們的生活息息相關(guān)，按時(shí)高質(zhì)量完成房地一體項(xiàng)目，是非常有必要的。進(jìn)行房地一體測(cè)繪，傳統(tǒng)的方式是采用全→儀、GPS-RTK、鋼尺等進(jìn)行的，這種方式作業(yè)精度良好，但是存在入戶難的問題，且作業(yè)效率低，易受天氣影響，從而很難保證按時(shí)按點(diǎn)完成任務(wù)[1-3]。為了解決上述問題，筆者在深入學(xué)習(xí)研究了攝影測(cè)量技術(shù)后，提出使用傾斜攝影的方式進(jìn)行房地一體項(xiàng)目的測(cè)繪。首先收集任務(wù)區(qū)的相關(guān)材料，根據(jù)地形和范圍線，選擇飛機(jī)機(jī)型和5 拼相機(jī)，然后進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)與采集，完成影像數(shù)據(jù)的航拍。對(duì)航拍成果進(jìn)行預(yù)處理，然后將其導(dǎo)入新建的工程中，進(jìn)行空三加密解算和模型重建，利用專業(yè)軟件進(jìn)行地籍圖生產(chǎn)，并利用檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)邊對(duì)地籍圖成果的相對(duì)精度和絕對(duì)精度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，本文的方案可以生產(chǎn)得到精度符合要求的地籍圖成果。

1 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影是相對(duì)垂直攝影來說的，傾斜攝影是指在飛行平臺(tái)上，同時(shí)搭載多臺(tái)航攝儀，從不同角度獲取影像數(shù)據(jù)[4-6]。通常所說的5 鏡頭航攝相機(jī)，也是傾斜相機(jī)的一種，其由1 個(gè)下視相機(jī)和4 個(gè)側(cè)視相機(jī)組成，下視相機(jī)主要獲取被攝物體的頂部信息，側(cè)視相機(jī)主要從不同角度，獲取被攝物體的側(cè)面信息。通常側(cè)視相機(jī)與下視相機(jī)之間的夾角介于30°到60°之間，為了獲取的影像有用信息更多，減少遮擋帶來的盲區(qū)，夾角為45°效果最好[7]。利用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)景三維模型的生產(chǎn)，然后基于模型進(jìn)行測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)，這種方式稱為傾斜攝影測(cè)量。基于傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行房地一體項(xiàng)目測(cè)繪的作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 傾斜攝影在房地一體中的流程示意圖

2 項(xiàng)目實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概括

本次測(cè)試數(shù)據(jù)來源于房地一體項(xiàng)目，任務(wù)區(qū)地勢(shì)較為平坦，建構(gòu)筑物主要以一二層為主，無高層建筑。工作內(nèi)容除了收集相關(guān)住戶資料外，還需要對(duì)房屋和宗地進(jìn)行測(cè)量，在進(jìn)行房屋測(cè)量時(shí)，需要入戶進(jìn)行測(cè)量，而作業(yè)正值農(nóng)忙時(shí)期，入戶時(shí)間短，因此入戶后主要工作是收集相關(guān)住戶資料，至于測(cè)量，則采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。

2.2 像控點(diǎn)測(cè)量

對(duì)于測(cè)量來說，像控點(diǎn)直接決定后期測(cè)繪產(chǎn)品的精度，因此合理的布設(shè)方案和像控點(diǎn)密度至關(guān)重要。傳統(tǒng)的航攝像控點(diǎn)布設(shè)，是結(jié)合像片的重疊度和航線來進(jìn)行布設(shè)的，對(duì)于傾斜攝影測(cè)量來說，像片重疊度非常多，因此不需要結(jié)合航線來進(jìn)行規(guī)劃，在實(shí)際作業(yè)中，通常都是按照一定的間距均勻布點(diǎn)。本次進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量，主要分為內(nèi)業(yè)粗略布點(diǎn)、外業(yè)實(shí)地找點(diǎn)和坐標(biāo)采集三部分。首先將任務(wù)區(qū)范圍線導(dǎo)入到圖新地球軟件中，按照300 間距均勻布設(shè)點(diǎn)位，在布設(shè)點(diǎn)位時(shí)，要考略到地形和道路，不能將點(diǎn)位布設(shè)于不易到達(dá)的地方，其次，在布設(shè)點(diǎn)位時(shí)，需確保點(diǎn)位能包住任務(wù)范圍，這樣才能有效保障任務(wù)區(qū)邊緣成果的精度。在點(diǎn)位命名時(shí)，按照地名、區(qū)號(hào)和順序號(hào)進(jìn)行命名，如蘭州2 區(qū)001 號(hào)點(diǎn)，可以命名為“LZ02001”。在選取完像控點(diǎn)的點(diǎn)位后，按照均勻隨機(jī)分布的方式，布設(shè)適當(dāng)檢查點(diǎn)，這些點(diǎn)要布設(shè)在測(cè)區(qū)精度低且特征明顯的區(qū)域，這樣在后期進(jìn)行精度檢測(cè)時(shí)，可以快速找到特征點(diǎn)，得到準(zhǔn)確的精度檢測(cè)結(jié)果。在點(diǎn)位布設(shè)完成后，導(dǎo)出通用的KMZ 格式，并提交給外業(yè)。

將內(nèi)業(yè)提供的KMZ 像控點(diǎn)布設(shè)成果導(dǎo)入奧維地圖，然后結(jié)合KMZ 上布設(shè)的點(diǎn)位信息，快速進(jìn)行點(diǎn)位查找和點(diǎn)位采集。為了保障本次測(cè)繪成果的精度，利用油漆在地面上噴涂“L”形點(diǎn)位，實(shí)際點(diǎn)位圖片如圖2 所示，并將點(diǎn)號(hào)標(biāo)注在控制點(diǎn)附近。

圖2 控制點(diǎn)實(shí)地點(diǎn)位圖

在點(diǎn)位采集過程中，要求狀態(tài)為固定解，且每個(gè)點(diǎn)位采集至少3 次，每次之間的較差均小于1cm。在對(duì)點(diǎn)位采集的同時(shí)，需要對(duì)實(shí)際采點(diǎn)照片進(jìn)行拍攝，通常由近景照片和遠(yuǎn)景照片組成，且拍照時(shí)要從不同角度拍攝，這樣方便內(nèi)業(yè)通過拍攝角度確定點(diǎn)位實(shí)際位置。利用鋼尺對(duì)房屋邊長(zhǎng)進(jìn)行量測(cè)，本次共采集噴涂控制點(diǎn)22 個(gè)，特征檢測(cè)點(diǎn)18 個(gè)，房屋邊長(zhǎng)15 條。

2.3 航線規(guī)劃

由于本次成果將用于房地一體項(xiàng)目，因此在保證控制點(diǎn)數(shù)量的前提下，還要保證航攝成果的分辨率，考略到任務(wù)區(qū)高差較小，因此在實(shí)際作業(yè)中，按照地面采樣分辨率為1.45cm。在確定好對(duì)面采樣分辨率后，根據(jù)航向、旁向重疊度為85%的重疊進(jìn)行重疊設(shè)計(jì)。為了保障任務(wù)區(qū)邊緣模型完整，在進(jìn)行航線設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行航線外擴(kuò)，本次選取的5 拼相機(jī)，側(cè)視相機(jī)夾角為45°，假設(shè)地面平行，飛機(jī)垂直地面拍攝，則航線至少需要外擴(kuò)一個(gè)航高，即130 米，這樣才可以保障任務(wù)區(qū)邊緣模型完整。本次在航線規(guī)劃時(shí)，選用的規(guī)劃軟件為WPM，規(guī)劃參數(shù)的輸入如圖3 所示。

圖3 航線規(guī)劃參數(shù)成果

2.4 無人機(jī)航飛

航線規(guī)劃完成后，將規(guī)劃好的航線上傳到飛控，準(zhǔn)備影像數(shù)據(jù)的采集。在采集前，需要進(jìn)行設(shè)備連接的檢查，主要檢查各設(shè)備連接是否牢靠，電池電量是否充足等。在完成檢查后，給無人機(jī)通電，在地面進(jìn)行試拍，檢查內(nèi)存卡是否可以正常讀寫數(shù)據(jù)，POS 數(shù)據(jù)是否可以正常保存等。在完成檢查后，一鍵起飛，按照規(guī)劃好的航線進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的采集。

采集完成后，將內(nèi)存卡取出，將影像拷貝到電腦上，利用專業(yè)的軟件對(duì)本次成果進(jìn)行質(zhì)檢。利用武漢訊圖的航飛質(zhì)量質(zhì)檢軟件，對(duì)航攝影像進(jìn)行質(zhì)檢，以下視鏡頭數(shù)據(jù)為參考進(jìn)行檢查，經(jīng)過檢查，本次航攝成果重疊度航向最小為81%，最大為90%，旁向最小為82%，最大為89%，姿態(tài)參數(shù)均符合規(guī)范要求，成果質(zhì)量良好可用。通過人機(jī)交互的方式，利用Photoshop 軟件對(duì)影像進(jìn)行質(zhì)量提升，提升影像的對(duì)比度和亮度。首先選取一幅地物信息豐富的影像進(jìn)行調(diào)整，然后利用批處理功能，對(duì)全部影像進(jìn)行調(diào)整。

2.5 空三加密

本次數(shù)據(jù)解算采用上海瞰景Smart3D 軟件，將影像數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)和相機(jī)參數(shù)完善后，進(jìn)行空三任務(wù)的提交。提交空三時(shí)，勾選以下視鏡頭為參照進(jìn)行空三加密，這樣可以提高空空三的匹配成功率，其余參數(shù)默認(rèn)?？杖用芡瓿珊螅ㄟ^對(duì)平差報(bào)告進(jìn)行查看，加密精度良好，成果沒有分層彎曲，可以在此基礎(chǔ)上直接轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)。

控制點(diǎn)在空三中的作用，主要是將原有的空三成果坐標(biāo)，通過平差調(diào)整的方式，調(diào)整到控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)下。本次房地一體項(xiàng)目，所使用的控制點(diǎn)坐標(biāo)系為2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程使用的是1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。首先將控制點(diǎn)導(dǎo)入空三中，利用控制點(diǎn)與照片之間的關(guān)系，和已有的空三成果，快速對(duì)控制點(diǎn)點(diǎn)位進(jìn)行預(yù)判。在轉(zhuǎn)刺的過程中，對(duì)位于影像邊緣的點(diǎn)位，不進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，因?yàn)檫@些照片，畸變較大，轉(zhuǎn)刺上反而會(huì)對(duì)空三成果精度帶來影響。轉(zhuǎn)刺完成后進(jìn)行平差運(yùn)算，平差參數(shù)按照軟件已有的默認(rèn)即可，平差完成后，成果精度良好，直接用于實(shí)景三維模型的重建。

2.6 實(shí)景三維建模

較其它建模軟件，Smart3D具有效率高、模型精細(xì)等特點(diǎn)。首先設(shè)置模型輸出框架和控制點(diǎn)的一致，導(dǎo)入任務(wù)區(qū)范圍線，設(shè)置模型輸出范圍，根據(jù)建模電腦的配置，對(duì)瓦片大小進(jìn)行設(shè)置，本次電腦配置最低為128G，設(shè)置瓦片大小為200 米。農(nóng)房任務(wù)一般是獨(dú)立的，因此這里不進(jìn)行瓦片切塊原點(diǎn)和模型輸出原點(diǎn)的設(shè)置，輸出格式選擇OSGB，其余參數(shù)默認(rèn)。待所有設(shè)置完成后，提交建模任務(wù)，進(jìn)行模型的重建，部分區(qū)域模型見圖4。

圖4 任務(wù)區(qū)部分實(shí)景模型

通過人機(jī)交互的方式對(duì)模型質(zhì)量進(jìn)行查看，模型較完整，部分區(qū)域由于樹木遮擋，模型拉花嚴(yán)重，不可以用于后期地籍圖的采集，該部分區(qū)域需要通過外業(yè)補(bǔ)測(cè)的形式完成。

2.7 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集

本次內(nèi)業(yè)采集選用清華山維EPS 軟件，首先利用Data 文件夾下的OSGB 成果和xml 文件進(jìn)行DSM 索引文件的快速創(chuàng)建，然后加載DSM 文件和正射影像成果。采集規(guī)則四邊房屋時(shí)，利用EPS 軟件中“五點(diǎn)房”功能，可以快速采集并對(duì)其房屋結(jié)構(gòu)、層數(shù)等屬性進(jìn)行錄入，在采集不規(guī)則房屋時(shí)，通過采集墻面上的點(diǎn)，然后最后構(gòu)成閉合的圖形。在采集墻面時(shí)，盡可能的采集墻面平滑區(qū)域，這樣可以減小采集誤差。采集完成后，對(duì)內(nèi)業(yè)可以判定的屬性進(jìn)行錄入，內(nèi)業(yè)無法確定的，外業(yè)進(jìn)行核實(shí)。

2.8 外業(yè)調(diào)查

外業(yè)調(diào)查主要包括收集居民相關(guān)信息和補(bǔ)測(cè)、補(bǔ)調(diào)內(nèi)業(yè)無法彩金和判斷的區(qū)域。首先通過入戶調(diào)查登記的形式，收集居民相關(guān)信息，然后對(duì)比已有的房地一體成果，對(duì)遺漏區(qū)域，利用全→儀和GPS-RTK 進(jìn)行采集，并通過對(duì)比的形式，對(duì)屬性進(jìn)行核查。完成上述任務(wù)后，將補(bǔ)測(cè)、補(bǔ)調(diào)成果更新到已有的房地一體成果中，得到最終的測(cè)繪成果。

3 項(xiàng)目成果精度分析

本次采用同精度中誤差的方式對(duì)房地一體測(cè)繪成果的平面點(diǎn)位精度進(jìn)行檢測(cè)[8]，18 個(gè)點(diǎn)位的檢測(cè)精度見表1，其中較差單位為cm，DS 代表平面較差。

表1 平面點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)表

通過表1 可知，本次18 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中，較差最大的為6.4cm，較差最小的為4.2cm，平均較差為5.3cm，中誤差為3.8cm，點(diǎn)位精度中誤差要求5cm，最大較差要求為2倍中誤差，本次所有檢測(cè)點(diǎn)精度均滿足相關(guān)要求，本次成果精度可用。

以算數(shù)平均值作為邊長(zhǎng)誤差的精度統(tǒng)計(jì)，對(duì)15 條邊長(zhǎng)精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 邊長(zhǎng)精度統(tǒng)計(jì)表

通過表2 可知，本次邊長(zhǎng)較差最大為8.1cm，最小為4.1cm，其算數(shù)平均值為6.0cm，成果精度滿足相關(guān)規(guī)范的10cm 要求，成果可用。

結(jié)束語

本文以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例，探討了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用。首先對(duì)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行了介紹，其次對(duì)整個(gè)作業(yè)流程進(jìn)行了探討，并通過外業(yè)采集的檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)邊長(zhǎng)，對(duì)基于實(shí)景模型采集的地籍圖成果精度進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)精度均符合相關(guān)規(guī)范要求。按照本文的方案，可以得到滿足項(xiàng)目要求的地籍圖成果，且效率高、成本低，具有一定的實(shí)用性，可以進(jìn)行有效推廣使用。