傾斜攝影技術(shù)在房地一體確權(quán)登記中的應(yīng)用研究

盧 旭 麻萬金

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

房地一體確權(quán)登記是一項工期緊、任務(wù)重、工序繁瑣的項目，傳統(tǒng)的做法是利用GPS-RTK 和全站儀，外業(yè)進行界址點現(xiàn)場采集，對于無法采集的界址點，通過直角相交的方式交匯出來。對于房屋長度、宗地長度，則采用卷尺進行測量[1-3]，加上進行權(quán)屬資料收集，每組作業(yè)人員一般在5 人。然而農(nóng)村一般樹木茂盛，且大多數(shù)宗地所在位置無規(guī)律，利用GPS-RTK 進行作業(yè)，有時候無法獲得固定解，對其精度有一定的影響，而且影響了作業(yè)效率；利用全站儀進行設(shè)站采集界址點，由于遮擋導(dǎo)致被測界址點和設(shè)站不通視，需要多次設(shè)站，也影響了作業(yè)效率[4-6]。為了解決效率低的問題，筆者在分析了近年來發(fā)展起來的傾斜攝影測量技術(shù)、LIDAR 測量技術(shù)等技術(shù)后，提出使用傾斜攝影測量法進行房地一體確權(quán)登記，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入分析。對成果精度進行了檢測，檢測所得到的中誤差符合相關(guān)規(guī)范要求，表明本文的方法具有一定的實用性和可行性，可以為同行帶來借鑒。

1 傾斜攝影房地一體確權(quán)登記技術(shù)路線

利用GPS-RTK 進行控制點的測量，采用WPM 軟件進行航線布設(shè)，選擇光線充足天氣晴朗的天氣進行航空影像數(shù)據(jù)采集。外業(yè)作業(yè)結(jié)束后，內(nèi)業(yè)進行數(shù)據(jù)的解算和地籍圖的測繪。將模型拷貝到電腦上，在內(nèi)業(yè)進行權(quán)利人現(xiàn)場指界，并將有疑問的地籍圖制作成為調(diào)查地圖，入戶進行權(quán)屬資料的收集并簽字，完成地籍圖的公示和入庫工作[7-10]，具體的作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 傾斜攝影房地一體確權(quán)登記技術(shù)路線圖

2 傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體項目中精度影響因素及解決方案

通過分析傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體中的流程可知，影響后期地籍圖成果精度的因素主要在于空三成果的精度和采集成果的精度。因此本文重點對上述兩方面問題進行探討，并提出切實可行的解決方案。

2.1 影響空三成果精度的主要因素及解決方案

2.1.1 POS 精度不高

從目前無人機搭載的POS 來看，主要分為常規(guī)POS和差分POS，前者精度一般在10 米左右，后者精度較高，一般可以達到分米級。但是對于測繪來說，這樣的精度并不能滿足其對地籍圖精度的要求。且目前常見的多拼相機，在實際作業(yè)過程中，記錄POS 的裝置，記錄相機曝光時的位置，都是記錄的下視鏡頭的位置，并沒有對每個鏡頭曝光時的位置進行記錄。如圖2 所示，是一個5 拼傾斜相機。

圖2 5 拼傾斜相機

針對上述POS 精度不高問題，本文在分析了5 拼相機之間的相對關(guān)系后，提出以下視鏡頭POS 為基準(zhǔn)，對側(cè)視鏡頭POS 解算的方法。首先從相機改裝廠商處獲得5 拼相機平臺安置參數(shù)，其次利用Matlab 編程，以下視鏡頭安置為基準(zhǔn)，編出側(cè)視鏡頭與下視鏡頭之間的函數(shù)式，然后將下視POS 數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，通過解算得到其余4 個側(cè)視鏡頭的POS 數(shù)據(jù)。由于采用解算，可以得到每個相機曝光時的精準(zhǔn)位置，準(zhǔn)確還原被攝物體與曝光時的關(guān)系，這樣有利于后期數(shù)據(jù)的高精度解算。

2.1.2 控制點精度不高

控制點精度不高主要分為兩個方面，一是采集的控制點本身精度就不高，誤差較大。目前GPS-RTK 采集精度一般在1～2cm 左右，對于地籍測繪成果來說，其精度完全滿足要求，但是作為控制點，引入空三進行平差，由于誤差存在積累，會導(dǎo)致后期成果精度可能超限；二是在內(nèi)業(yè)進行轉(zhuǎn)刺時，對點位判斷不準(zhǔn)確，導(dǎo)致轉(zhuǎn)刺的點位不準(zhǔn)。

針對常規(guī)GPS-RTK 采集精度不高的問題，可以采用靜態(tài)的方式進行坐標(biāo)點位的采集。通過較長時間的采集，可以得到mm 級的精度坐標(biāo)成果。針對內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)刺控制點，對點位判斷不準(zhǔn)的問題，可以通過噴涂靶標(biāo)的方式進行，如圖3 所示，左側(cè)是采集的傳統(tǒng)特征點，右側(cè)是采集的靶標(biāo)點位。

圖3 兩種控制點點位

在內(nèi)業(yè)進行點位判斷轉(zhuǎn)刺時，傳統(tǒng)的特征點，很難在內(nèi)業(yè)進行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)刺，而噴涂的靶標(biāo)，和地物對比分明，可以準(zhǔn)確對點位進行轉(zhuǎn)刺，從而提升空三的平差精度。

2.1.3 軟件算法不夠完善

目前傾斜攝影數(shù)據(jù)解算軟件較多，有的軟件雖然解算速度快，但是其是以犧牲精度為代價的，因此其精度低。不同軟件采用的解算和平差算法都不一樣，因此不同軟件解算的空三成果是不同的。通過對目前主流的幾款軟件分析可知，上海瞰景的Smart3D 軟件解算精度較高，條件允許時，可以優(yōu)先使用該軟件進行數(shù)據(jù)的解算。

2.1.4 相機參數(shù)不準(zhǔn)確

由于無人機對荷載的重量有要求，且從相機成本出發(fā)，無人機上通常搭載的相機為非量測數(shù)碼相機，這種相機本身屬于變焦相機，但是對于測繪來說，變焦獲取的影像，很難進行準(zhǔn)確解算，因此在實際作業(yè)中，都需要將焦距固定起來。由于目前傾斜相機檢校成本較高，因此為了有效降低成本，且提升相機參數(shù)的精確度，一般都是通過軟件自檢校完成。即將少量5 鏡頭影像導(dǎo)入軟件中，對其進行多次平差解算，得到精度較高的相機焦距和其余的內(nèi)方位元素，然后將這些得到的參數(shù)，運用到整個數(shù)據(jù)的解算中，這樣不但可以有效提高數(shù)據(jù)的解算效率，且解算精度也會有明顯提升。

2.2 影響地籍圖采集精度的主要因素及解決方案

2.2.1 作業(yè)人員水平不夠高

地籍圖采集對作業(yè)人員的水平要求是較高的，首先作業(yè)人員要對地籍采集要求非常熟悉，在采集的過程中，就要能夠一次性采集到位，對于屋檐，需要根據(jù)當(dāng)?shù)卣哌M行取舍。對于作業(yè)人員水平不高，一是通過不斷練習(xí)來提升采集水平，二是讓其熟知相關(guān)規(guī)范，這樣可以有效保證地籍圖采集的精度。

2.2.2 模型精度不夠高

模型精度不夠高主要有兩方面原因，一是空三加密成果精度本身就不高，這樣誤差不斷傳遞，模型精度就有了明顯的下降；二是模型的分辨率本來就不符合作業(yè)要求。通過長期作業(yè)可知，模型精度基本上是影像分辨率的3 倍，即當(dāng)采集的原始影像分辨率為1.5cm 時，則模型的精度在4.5cm 左右，這樣最終得到的地籍圖成果精度才有可能符合地籍規(guī)范要求。

對于影像分辨率不符合作業(yè)要求的情況，首先要對航攝原始影像進行檢查，杜絕前道工序不合格的產(chǎn)品進入下一工序，即對航攝成果的分辨率進行檢查。檢查的方法主要有：a.檢查多鏡頭相機的焦距。假設(shè)作業(yè)時使用的相機為5 拼相機，且下視鏡頭和側(cè)視鏡頭之間的夾角為45°，這樣一來，要想獲得分辨率相同的影像，側(cè)視焦距必須是下視焦距的1.4 倍，這樣才可以得到同分辨率的原始影像。b.檢查航線設(shè)計相關(guān)參數(shù)。對于影像獲取來說，其是按照規(guī)劃好的航線進行航飛作業(yè)，通過對航線的參數(shù)進行檢查，就可以知道所采集的影像的實際分辨率。c.利用少量照片進行空三加密解算，通過空三加密報告就可以得到每張影像對應(yīng)的地面采樣分辨率，這樣就可以知道獲取的影像采樣分辨率是否能夠滿足項目需求。

2.2.3 模型質(zhì)量較差

模型質(zhì)量較差是多方面因素引起的，但其中最重要的一條還是盲區(qū)太多，導(dǎo)致匹配的可靠點少，因此模型變形嚴(yán)重，質(zhì)量不夠高。目前傾斜攝影常規(guī)作業(yè)方式使用的是固定高度，對于平坦地區(qū)，地形起伏不明顯區(qū)域來說，采用固定高度，獲取的影像分辨率基本相同，且重疊度也基本一致，但是對于地形起伏明顯，存在較高構(gòu)建筑物的地形來說，固定航高獲取數(shù)據(jù)是不可靠的。如圖4 所示，是傾斜攝影獲取地面影像的示意圖。

圖4 傾斜攝影示意圖

由圖4 可知，當(dāng)被攝物體距離相機更近時，其獲取的影像對應(yīng)的實際位置更小，這樣在獲取建構(gòu)筑物時，高層的建構(gòu)筑物重疊度會明顯降低，有可能會因為重疊度不高而導(dǎo)致模型出現(xiàn)破損，因此對于地形起伏變化，存在較高建構(gòu)筑物的測區(qū)，采用傳統(tǒng)常規(guī)方法是不可行的。通過分析航攝原理可知，可以采用變高飛行和仿地飛行的方式來進行作業(yè)，這樣就可以確保獲取的影像重疊度滿足要求。因為誤差存在傳遞，對于模型質(zhì)量較差，精度不高，采集的成果精度不能滿足項目要求的部分，則可以采用傳統(tǒng)的立體像對進行采集。首先導(dǎo)出不含連接點的空三加密成果，然后利用專業(yè)的軟件對其進行提取，得到每個鏡頭對應(yīng)的內(nèi)外方位元素，然后將其恢復(fù)到立體環(huán)境下，在虛擬立體下完成地籍圖的采集。

3 案例分析

本次任務(wù)位于甘肅省天水市清水縣某一村落，該村落地勢起伏較大，房屋依靠地形的起伏分布，采用傾斜攝影方式進行該村的地籍圖測繪。作業(yè)主要分為三部分，即外業(yè)數(shù)據(jù)獲取，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的解算和地籍圖的測繪。

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)獲取

考慮到地形以及項目需求，本次航線規(guī)劃按照航向、旁向重疊度為85%設(shè)計，地面采樣分辨率為1.5cm，傾斜相機選用5 拼相機，采用仿地飛行的作業(yè)方案進行航空作業(yè)?？刂泣c按照300 米的間距均勻分布，任務(wù)區(qū)邊緣、拐角處增加控制點數(shù)量，并在精度薄弱區(qū)域布設(shè)適量檢測點，控制點的點位采用噴涂的靶標(biāo)，檢測點的點位則采用特征界址點。完成航線的規(guī)劃和控制點、檢測點的采集后，確保安全的情況下進行無人機起飛，對任務(wù)區(qū)進行影像數(shù)據(jù)獲取。本次共采集控制點32 個，檢測點15個，獲取5 鏡頭影像共13525 張，獲取下視POS 共2705個。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)解算

利用Matlab 編寫的程序，以下視POS 為基準(zhǔn)，結(jié)合相機平臺安置參數(shù)，對4 個側(cè)視鏡頭的POS 進行解算。利用解算后的POS 和少量的照片，在上海瞰景的Smart3D軟件中進行空三加密解算，通過多次平差調(diào)整，得到精度較高的相機參數(shù)，然后利用優(yōu)化后的相機參數(shù)和POS數(shù)據(jù)進行解算，得到高精度的空三加密成果，然后將控制點引入并轉(zhuǎn)刺，轉(zhuǎn)刺完成后進行平差調(diào)整，得到高精度的平差成果。

3.3 地籍圖測繪

將模型恢復(fù)到EPS 軟件中，對于模型完整的區(qū)域，利用裸眼的方式進行地籍圖的采集。對于模型變形嚴(yán)重的區(qū)域，則采用虛擬立體像對進行采集。利用模型進行采集時，需要準(zhǔn)確采集界址點，對于無法準(zhǔn)確采集的，則調(diào)用立體像對進行采集。采用兩種方式互補，快速高效完成地籍圖的測繪。對于無法判斷的屬性，將地籍圖輸出為工作底圖，提供給外業(yè)作業(yè)人員進行屬性調(diào)查。

4 精度檢測

對本次采集的15 個特征檢測點的精度進行檢測，檢測統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 界址點精度檢測統(tǒng)計表

結(jié)束語

本文提出傾斜攝影測量法在房地一體確權(quán)登記中的應(yīng)用，并對其整個作業(yè)流程進行了概括介紹，重點分析了影響最終地籍圖成果精度的幾個因素，并給出相應(yīng)的解決方案。最后以實際項目為例進行了精度驗證，通過檢測可知本次檢測點的平面點位中誤差為±3.6cm，成果精度可以滿足地籍規(guī)范要求，本文的方案可以為同行作業(yè)人員帶來借鑒，具有一定的實用性。