傾斜攝影測(cè)量在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用

崔秀峰,孟庭偉

(南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司,江蘇 南京 210019)

0 引 言

近幾年全國(guó)各地陸續(xù)開(kāi)展了農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查工作,一些地方的宅基地?cái)?shù)量大、房屋建筑密集,部分隱蔽界址點(diǎn)人員無(wú)法到達(dá),還存在一些長(zhǎng)期無(wú)人居住的房屋,數(shù)據(jù)成果為二維表現(xiàn)形式,對(duì)三維空間的不動(dòng)產(chǎn)信息難以做到精細(xì)、準(zhǔn)確、直觀的管理[1]。

目前農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪主要采用的測(cè)量方法有全解析法、三維激光掃描法和傾斜攝影測(cè)量法。全解析法具有成圖精度高的優(yōu)點(diǎn),但在一些人員無(wú)法到達(dá)的隱蔽處,很難進(jìn)行測(cè)量[2],該法需全野外實(shí)地測(cè)量,要開(kāi)展大量的外業(yè)工作[3],工作效率低、成圖周期長(zhǎng),不能滿足快速成圖的時(shí)間和成本要求;三維激光掃描法具有數(shù)據(jù)獲取速度快、測(cè)量精度高、主動(dòng)性強(qiáng)、全天候工作等優(yōu)勢(shì)[4],模型數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)也可在項(xiàng)目后期輔助檢查工作,但人工勾繪過(guò)程會(huì)有局部地形精度損失且設(shè)備價(jià)格高,技術(shù)難以普及[5];傾斜攝影測(cè)量法具有數(shù)據(jù)密度大、測(cè)量精度高、外業(yè)采集高效、地物信息豐富、易于數(shù)據(jù)檢查的優(yōu)點(diǎn)[6-8],但也存在一些不足,如建筑物在傾斜影像中幾何變形、數(shù)據(jù)冗余等,在建筑物密集區(qū)域會(huì)存在地物遮擋現(xiàn)象。

本文以“南京市江寧區(qū)農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查項(xiàng)目”為研究對(duì)象,利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù),快速獲取測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型,并基于模型進(jìn)行內(nèi)業(yè)立體采集,短時(shí)間內(nèi)得到高精度地形圖。有效解決了項(xiàng)目工期短、任務(wù)量大的問(wèn)題,且成果精度滿足了技術(shù)設(shè)計(jì)要求,符合國(guó)家規(guī)范。

1 傾斜攝影測(cè)量

1.1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)(Oblique Photography Technique)是指利用多臺(tái)傳感器從不同的角度對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,快速、高效獲取可真實(shí)反映地面客觀情況的海量數(shù)據(jù)信息,滿足人們對(duì)三維信息的需要[9]。目前多采用5鏡頭的傾斜攝影相機(jī),從1個(gè)垂直、4個(gè)傾斜的多個(gè)角度同時(shí)拍攝獲取影像。利用影像和POS數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)三維實(shí)景模型的重建,立體還原地形、地物的原貌,通過(guò)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集,得到測(cè)區(qū)的高精度數(shù)字地形圖,大幅減少了外業(yè)人員的工作量,提高了工作效率[10]。

傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)是根據(jù)不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪的精度要求設(shè)置航測(cè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù),即根據(jù)測(cè)區(qū)的地形地勢(shì)信息、影像地面分辨率、飛行區(qū)域管制調(diào)度信息、傾斜數(shù)字航攝儀的技術(shù)參數(shù)等信息,設(shè)定航高、像片重疊度、飛行速度等指標(biāo),以實(shí)現(xiàn)影像所需的地面分辨率[11]。

1.2 總體技術(shù)路線

1.2.1 測(cè)區(qū)概況

以淳化街道新興社區(qū)農(nóng)村建設(shè)用地范圍為研究區(qū)域,區(qū)域內(nèi)農(nóng)村宅基地和集體建設(shè)用地共計(jì)1 450宗,面積約0.93 km2,主要包括房屋、道路、耕地和池塘等,村莊內(nèi)建筑物密集、錯(cuò)綜復(fù)雜,呈集中連片分布,多為1～2層房屋(圖1)。

圖1 測(cè)區(qū)部分影像圖

1.2.2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)路線

本項(xiàng)目的總體技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 總體技術(shù)路線圖

1.3 關(guān)鍵技術(shù)流程

1.3.1 野外像控點(diǎn)布設(shè)

為保障數(shù)據(jù)成果質(zhì)量,滿足點(diǎn)位精度要求,像控點(diǎn)的布設(shè)密度應(yīng)滿足每平方公里內(nèi)不少于100個(gè),特殊地區(qū)要相應(yīng)的加密像控點(diǎn)。全區(qū)共布設(shè)像控點(diǎn)126個(gè)(圖3)。

圖3 部分像控點(diǎn)分布圖

1.3.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影

項(xiàng)目采用大疆經(jīng)緯M600pro作為航空攝影平臺(tái),搭載徠卡RCD30傾斜數(shù)字航攝儀進(jìn)行航攝。根據(jù)攝區(qū)地形特點(diǎn),利用SRTM 90m DTM計(jì)算航攝分區(qū)內(nèi)最低點(diǎn)高程,取該點(diǎn)高程作為航攝分區(qū)基準(zhǔn)面高程,由于地面分辨率越大,模型精度越差;地面分辨率越小,模型精度越高[12]。為滿足精度要求,要確保攝區(qū)內(nèi)最低點(diǎn)分辨率優(yōu)于0.015 m。使用航攝儀自帶的航線設(shè)計(jì)軟件Mission Pro進(jìn)行航線設(shè)計(jì),使其滿足航向重疊度85%,旁向重疊度75%的設(shè)計(jì)要求。

使用航攝儀自帶的后處理軟件,完成航攝數(shù)據(jù)的下載、解壓、格式轉(zhuǎn)換、POS數(shù)據(jù)解算、EO生成以及航攝數(shù)據(jù)的檢查工作,為后續(xù)三維建模提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

1.3.3 空三加密與三維建模

先通過(guò)ContextCapture Center Master多角度空三加密系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行空三區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)匹配,再根據(jù)匹配結(jié)果和初始外方位元素進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差,利用外業(yè)像控點(diǎn)進(jìn)行約束空三,恢復(fù)模型間的空間位置關(guān)系,建立三維模型,檢查模型質(zhì)量。

1.3.4 不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪

(1)多窗口真立體采集環(huán)境

考慮到裸眼三維采集精度不足的難題,本項(xiàng)目將三維模型轉(zhuǎn)換為立體點(diǎn)云,并以計(jì)算機(jī)、立體顯示器、立體眼鏡等設(shè)備為基礎(chǔ)自主研發(fā),搭建多窗口真立體采集環(huán)境,點(diǎn)云窗口下利用截面法高精度采集地形、地籍與房產(chǎn)要素,2.5維窗口下精確判斷房屋樓層、材質(zhì)、附屬結(jié)構(gòu)類型、面積計(jì)算系數(shù)等屬性信息,實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查要素的高精度獲取。

以LidarFeature計(jì)算機(jī)、立體顯示器、立體眼鏡等設(shè)備為基礎(chǔ)自主研發(fā),搭建多窗口真立體采集環(huán)境,具有以下特點(diǎn):

A.包含立體、矢量、2.5 維、立面等多個(gè)窗口,采集作業(yè)時(shí),可多窗口聯(lián)動(dòng)作業(yè);

B.可通過(guò)指定高程值來(lái)過(guò)濾顯示點(diǎn)云,完美展現(xiàn)建筑物等目標(biāo)輪廓;

C.采集作業(yè)時(shí),可自動(dòng)捕捉點(diǎn)云中心,提高測(cè)圖效率和精度;

D.軟件中嵌入了屬性表、符號(hào)庫(kù),可實(shí)現(xiàn)采編一體化。

將傾斜模型osgb格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成mylas和index格式的數(shù)據(jù),再導(dǎo)入真立體環(huán)境進(jìn)行采集作業(yè),具體操作分為居民地及設(shè)施采集和地形要素采集。

(2)居民地及設(shè)施采集

選取要采集的房屋范圍,在立體窗口平面模式下顯示點(diǎn)云數(shù)據(jù),打開(kāi)2.5維視圖判讀房屋的形狀和結(jié)構(gòu)(圖4)。

圖4 2.5維視圖

在立體窗口下過(guò)濾出點(diǎn)云,將房子橫切到墻體高程面,即可濾去此高程面上下的點(diǎn)云,只顯示當(dāng)前高程的數(shù)據(jù)。過(guò)濾到墻體時(shí),按點(diǎn)云數(shù)據(jù)用規(guī)定的層碼逐邊采集繪出房邊線(圖5)。

圖5 過(guò)濾后的墻體樣圖

對(duì)難以準(zhǔn)確判斷的部分(隱蔽點(diǎn)、陰影部分、模型變形等),需繪出部分輪廓線,在辨別困難處做出標(biāo)記,予以說(shuō)明,由外業(yè)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)、定位。

(3)地形要素采集

對(duì)水田、道路、池塘等地物,利用正射投影,用相應(yīng)的層碼沿影像上的地物邊線逐個(gè)采集。

(4)外業(yè)巡視和補(bǔ)測(cè)

將內(nèi)業(yè)立體采編的地形圖打印輸出,到實(shí)地進(jìn)行巡視檢查,重點(diǎn)檢查圖上標(biāo)記部分。對(duì)內(nèi)業(yè)采集中因影像不清、判斷錯(cuò)誤、遺漏、三維模型變形和航攝后新增的地物進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量。最終形成高精度1∶500比例尺地形圖(圖6)。

圖6 部分1∶500比例尺地形圖

2 精度統(tǒng)計(jì)和效率分析

2.1 界址點(diǎn)平面位置精度

采用全站儀采集界址點(diǎn)平面坐標(biāo),與圖上坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì),計(jì)算界址點(diǎn)平面位置中誤差。共生產(chǎn)地形圖16幅,分一個(gè)批次抽樣,樣本量為3幅,檢測(cè)界址點(diǎn)坐標(biāo)205個(gè),發(fā)現(xiàn)粗差7個(gè),其中采集超限點(diǎn)4個(gè),變形點(diǎn)3個(gè),粗差率為3.4%,由式(1)計(jì)算得到界址點(diǎn)平面位置中誤差為±3.25cm。滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》(TD/T 1001-2012)明顯界址點(diǎn)中誤差±5.0 cm的精度要求。

(1)

式中,M檢為檢測(cè)中誤差,n為檢測(cè)點(diǎn)(邊)總數(shù),Δ為較差。

經(jīng)統(tǒng)計(jì),界址點(diǎn)平面位置精度誤差分布區(qū)間如表1和圖7所示。

表1 界址點(diǎn)平面位置精度誤差統(tǒng)計(jì)表

圖7 界址點(diǎn)平面位置精度誤差分布圖

2.2 界址點(diǎn)間距精度

界址點(diǎn)間距檢測(cè)采用手持測(cè)距儀測(cè)定界址點(diǎn)之間的間距,與圖上距離進(jìn)行比對(duì),計(jì)算間距中誤差,共檢測(cè)181條邊,粗差邊數(shù)7條,其中采集超限點(diǎn)4個(gè),變形點(diǎn)3個(gè),粗差率為3.9%,由式(1)計(jì)算得到界址點(diǎn)間距中誤差為±2.64 cm。滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》(TD/T 1001-2012)明顯界址點(diǎn)中誤差±5.0 cm的精度要求。

經(jīng)統(tǒng)計(jì),界址點(diǎn)間距精度誤差分布區(qū)間如圖8和表2所示。

表2 界址點(diǎn)間距精度誤差統(tǒng)計(jì)表

圖8 界址點(diǎn)間距精度誤差分布圖

2.3 地理精度

采用核查分析和比對(duì)分析相結(jié)合的方法進(jìn)行檢查,檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和質(zhì)量評(píng)定如表3所示。

表3 地理精度檢查情況統(tǒng)計(jì)表

2.4 工作效率分析

測(cè)區(qū)共投入10名作業(yè)人員,外業(yè)6個(gè)人,內(nèi)業(yè)4個(gè)人,用時(shí)18個(gè)工作日,共計(jì)110個(gè)人工天(圖9)。同樣的地形條件,采用傳統(tǒng)全野外數(shù)字測(cè)圖法的作業(yè)組(祿口街道測(cè)區(qū)位于禁飛區(qū)內(nèi)),投入10名外業(yè)人員的情況下,用時(shí)24個(gè)工作日,共計(jì)222個(gè)人工天。

圖9 項(xiàng)目進(jìn)度橫道圖

3 結(jié) 語(yǔ)

試驗(yàn)證明采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量法進(jìn)行農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪,成果精度能夠滿足規(guī)范要求,相較于傳統(tǒng)測(cè)量方法,工期縮短了25%,人工成本降低了50%,并且能夠?qū)?0%的外業(yè)工作轉(zhuǎn)為內(nèi)業(yè),降低了因天氣原因?qū)е赂C工和工期延誤風(fēng)險(xiǎn),項(xiàng)目中采用了多窗口真立體采集環(huán)境,提高了立體采集的精度。隨著技術(shù)進(jìn)步和無(wú)人機(jī)航測(cè)逐漸平民化,傾斜攝影測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)更加廣泛。