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

摘 要；為解決農(nóng)村房屋測(cè)量的低效率、高成本和長(zhǎng)耗時(shí)問(wèn)題，該文采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行房產(chǎn)精準(zhǔn)測(cè)繪。首先利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影獲取不同角度的影像，構(gòu)建實(shí)景三維模型，然后在三維模型上利用CASS3D軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集，得到房地一體地圖成果。通過(guò)檢查點(diǎn)和界址線的中誤差對(duì)傾斜攝影成果進(jìn)行精度分析，結(jié)果表明，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以完全滿足技術(shù)規(guī)范，數(shù)據(jù)成果精度高，有效地提高工作效率與質(zhì)量，縮短項(xiàng)目生產(chǎn)周期。

關(guān)鍵詞；傾斜攝影測(cè)量技術(shù)；房地一體；實(shí)景三維模型；CASS3D；精度分析

中圖分類號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）31-0071-05

Abstract： To solve the problems of inefficiency， high cost and long time-consuming in rural house measurement， this paper uses UAV tilt photogrammetry technology to accurately survey real estate. First， UAV tilt photography is used to obtain images from different angles， and a real-life three-dimensional model is built. Then， CASS3D software is used to collect indoor data on the three-dimensional model， and the results of the integrated map of the premises and buildings are obtained. The accuracy of tilt photography results is analyzed through the medium errors of checkpoints and boundary lines. The results show that the UAV tilt photogrammetry technology can fully meet the technical specifications， and the data results have high accuracy， effectively improve work efficiency and quality， and shorten the project production cycle.

Keywords： tilt photogrammetry technology; integration of premises and buildings; real-life three-dimensional model; CASS3D; accuracy analysis

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是利用傾斜攝影機(jī)和相應(yīng)的處理軟件來(lái)獲取和處理傾斜攝影的方法[1]。相比于傳統(tǒng)的垂直攝影測(cè)量技術(shù)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠提供更加真實(shí)、細(xì)致和高分辨率的三維地理信息。其通過(guò)將相機(jī)傾斜安裝在飛行器或地面車輛上，以不同角度拍攝目標(biāo)區(qū)域，從而得到傾斜的影像數(shù)據(jù)。通過(guò)利用同一相機(jī)不同位置拍攝的影像、匹配特征點(diǎn)或特定的控制點(diǎn)，進(jìn)行影像的定位和定向傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的原理主要涉及2個(gè)方面：相對(duì)定向和絕對(duì)定向。相對(duì)定向是指在攝影測(cè)量過(guò)程中定向。絕對(duì)定向是指將傾斜影像與地理坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)齊，確定影像中各個(gè)目標(biāo)的地理位置。

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)需要傾斜攝影機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件等關(guān)鍵設(shè)備和工具的支持。傾斜攝影機(jī)通常包括多個(gè)攝像頭，能夠同時(shí)捕捉地面的不同角度的影像[2]。導(dǎo)航系統(tǒng)則用于記錄傾斜攝影機(jī)在空間中的位置和姿態(tài)，并提供參考數(shù)據(jù)以進(jìn)行定位和定向。數(shù)據(jù)處理軟件則用于處理傾斜攝影產(chǎn)生的大量影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行影像匹配、特征提取和三維重建等操作。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以隨時(shí)進(jìn)行任務(wù)部署和數(shù)據(jù)采集，不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。相比傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量，無(wú)人機(jī)可以在更近的距離和更低的高度下進(jìn)行飛行，通過(guò)拍攝多角度的影像，能夠捕捉更豐富的地表信息，包括建筑物、道路、植被等。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)結(jié)合GNSS/IMU系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)獲取飛行平臺(tái)的位置和姿態(tài)信息，并將其與采集到的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，從而實(shí)現(xiàn)高精度定位和姿態(tài)校正。同時(shí)，相比傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)具有更快的任務(wù)響應(yīng)能力和數(shù)據(jù)收集速度，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得大范圍、高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)[3]。此外，無(wú)人機(jī)傾斜攝影所需的設(shè)備和人力成本相對(duì)較低，可以提高測(cè)繪工作的效率和經(jīng)濟(jì)性。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在房地一體中的作業(yè)流程

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)主要是通過(guò)數(shù)據(jù)采集獲取航拍影像數(shù)據(jù)，然后構(gòu)建實(shí)景三維模型，最后實(shí)景三維模型對(duì)模型輪廓進(jìn)行矢量化繪制。繪制主要是通過(guò)CASS3D軟件對(duì)建筑物、構(gòu)筑物進(jìn)行矢量采集，然后對(duì)采集的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和修飾形成能夠達(dá)到房地一體要求的成果。測(cè)量流程如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)流程圖

1.1 獲取航空攝影影像

1.1.1 測(cè)量航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)

傾斜攝影航線規(guī)劃設(shè)計(jì)在航空攝影中起著極其重要的作用。為了確保無(wú)人機(jī)操作的規(guī)范化，并制定出相應(yīng)的處理流程，實(shí)施全過(guò)程規(guī)劃管理，避免航線規(guī)劃不合理造成最終的測(cè)量成果精度滿足不了規(guī)范要求。航線規(guī)劃設(shè)計(jì)流程如下。

1）劃分航帶：按測(cè)量區(qū)域范圍和飛行速度，將航區(qū)劃分為若干條航帶。通常情況下，航帶的寬度為地面分辨率的兩倍，以確保圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。

2）航向重疊：相鄰航帶之間需要有一定的重疊，以保證航帶的連續(xù)性和完整性。航向重疊度通常為60%～80%，可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整[4]。

3）旁向重疊度：為了減少重復(fù)勞動(dòng)和節(jié)約資源，同一航帶內(nèi)不同攝站之間的圖像也需要有一定的重疊度。旁向重疊度通常為30%～50%。

4）飛行方向：根據(jù)測(cè)區(qū)的地形和氣候條件，確定飛機(jī)的飛行方向。一般情況下，飛行方向應(yīng)與主導(dǎo)風(fēng)向垂直，以減少風(fēng)對(duì)飛行速度的影響。

5）飛行速度：根據(jù)航攝儀的性能和波段的寬窄，選擇合適的飛行速度。過(guò)快的飛行速度會(huì)造成圖像模糊，過(guò)慢則會(huì)造成工作效率的降低[5]。

6）像幅大?。焊鶕?jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際需求和航攝儀的性能，確定像幅大小。影像的解析度、測(cè)繪精度等都會(huì)受到影像尺寸的直接影響。

1.1.2 像控點(diǎn)布設(shè)

傾斜攝影像控點(diǎn)布設(shè)是實(shí)景三維模型重建過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)模型精度和效果具有重要影響。像控點(diǎn)布設(shè)，在傾斜攝影過(guò)程中，有以下幾個(gè)方面是需要考慮的。

1）布設(shè)原則：像控點(diǎn)應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)內(nèi)，確保拍攝到的圖像具有較高的覆蓋度和重疊度。同時(shí)，要避免將像控點(diǎn)布設(shè)在陰影、遮擋等不利于測(cè)量的地方。

2）布設(shè)方法：根據(jù)測(cè)區(qū)的地形、飛行參數(shù)和拍攝需求，采用合適的布設(shè)方法。常見(jiàn)的布設(shè)方式有幾種，如網(wǎng)狀的布點(diǎn)、導(dǎo)線的布點(diǎn)等等。

3）布設(shè)數(shù)量：根據(jù)測(cè)區(qū)面積、精度要求以及無(wú)人機(jī)載荷等因素，確定像控點(diǎn)數(shù)量。一般情況下，重建的車型準(zhǔn)確度越高，就會(huì)有更多的控制點(diǎn)[6]。

4）布設(shè)坐標(biāo)：像控制點(diǎn)的坐標(biāo)是根據(jù)測(cè)區(qū)的平面座標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)來(lái)確定的。坐標(biāo)應(yīng)精確到厘米級(jí)別，以確保測(cè)量精度。

5）標(biāo)識(shí)與保護(hù)：在實(shí)地布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置明顯的標(biāo)識(shí)，以便于后續(xù)的測(cè)量和核查。同時(shí)，要保護(hù)像控點(diǎn)，避免被損壞或移動(dòng)。

6）數(shù)據(jù)處理與融合：在像控點(diǎn)布設(shè)完成后，需要對(duì)采集到的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和融合，將像控點(diǎn)坐標(biāo)與影像數(shù)據(jù)相結(jié)合，生成實(shí)景三維模型。

7）精確度校驗(yàn)與優(yōu)化：為完成實(shí)景三維模型的重建工作，對(duì)模型進(jìn)行精確度的校驗(yàn)與評(píng)估。如發(fā)現(xiàn)模型精度不足，為提高模型精度，可適時(shí)對(duì)圖像控制點(diǎn)布設(shè)方案進(jìn)行調(diào)整。

1.2 構(gòu)建實(shí)景三維模型

通過(guò)無(wú)人機(jī)多相機(jī)多視角傾斜攝影獲取高精度影像，對(duì)獲得的航拍和像控測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，利用Context Capture系統(tǒng)進(jìn)行多視影像聯(lián)合平差，通過(guò)特征點(diǎn)提取和連接點(diǎn)匹配，以及光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差進(jìn)行空中三角測(cè)量[7]。根據(jù)影像的外方位元素以及相機(jī)與目標(biāo)之間的相對(duì)位置，選擇適當(dāng)?shù)挠跋窠M成三維像對(duì)。接著，通過(guò)點(diǎn)云匹配計(jì)算，將不同影像上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來(lái)，并構(gòu)建三維TIN網(wǎng)。最終，根據(jù)TIN網(wǎng)中每個(gè)三角形的空間位置，將最佳視角的影像映射到模型上以作為紋理，順利實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型的重建[8]（圖2）。

圖2 傾斜攝影測(cè)量流程圖

1.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集

首先，對(duì)原始圖像進(jìn)行畸變校正和高精度位置數(shù)據(jù)（POS）的融合計(jì)算，接著利用Context Capture軟件迅速創(chuàng)建測(cè)區(qū)的數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字正射影像圖（DOM），并同步生成三維模型文件。隨后，使用CASS3D軟件構(gòu)建三維模型并提取不動(dòng)產(chǎn)權(quán)屬信息，這些信息包括研究區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)、建筑物角點(diǎn)、庭院界限等。此外，還需進(jìn)行地籍地圖資料的制作工作。如模型中出現(xiàn)空洞或模糊區(qū)域，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充測(cè)量，以確保數(shù)據(jù)成果的全面性。

2 精度評(píng)定

在完成農(nóng)村房地一體化測(cè)繪成果的生產(chǎn)后，必須對(duì)這些數(shù)據(jù)成果進(jìn)行精度評(píng)估，確保其符合規(guī)范和生產(chǎn)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，然后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)。在本研究中，運(yùn)用中誤差指標(biāo)對(duì)農(nóng)村房地一體化測(cè)繪成果的精度進(jìn)行了分析和評(píng)估。該過(guò)程主要利用高精度實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)（RTK）、全站儀等先進(jìn)測(cè)量?jī)x器，在測(cè)區(qū)采集了一系列檢核點(diǎn)的數(shù)據(jù)。隨后，將這些檢核點(diǎn)數(shù)據(jù)與房地一體化測(cè)繪成果中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。并通過(guò)計(jì)算得出中誤差，以此來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)繪成果的精確度。如式（1）、（2） 所示。

式中：mX、mY分別代表在X、Y方向的坐標(biāo)誤差；Δ代表檢核點(diǎn)在各個(gè)方向的實(shí)際誤差；n則是本次研究中使用的檢核點(diǎn)總數(shù)[9]。測(cè)繪成果平面上的誤差mS可以根據(jù)X和Y方向的坐標(biāo)誤差通過(guò)公式（3）來(lái)計(jì)算得出。

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理

此次利用飛馬無(wú)人機(jī)進(jìn)行傾斜航飛數(shù)據(jù)采集，此次共飛行4架次，飛行高度150 m，航向重疊度80%，旁向重疊度70%，此次共獲取航片6 500張，測(cè)量核查點(diǎn)12個(gè)，核查邊緣12個(gè)。利用飛馬后處理軟件進(jìn)行POS解算，將其轉(zhuǎn)化成Context Capture相匹配的格式（圖3）。

3.2 實(shí)景三維模型構(gòu)建

在本次操作中，首先將航空影像、位置測(cè)量數(shù)據(jù)（POS）以及傾斜攝影相機(jī)的相關(guān)參數(shù)，包括焦距和主點(diǎn)等信息，導(dǎo)入Context Capture軟件中。完成參數(shù)配置后，執(zhí)行空中三角測(cè)量（空三）處理，隨后開(kāi)展控制點(diǎn)的刺點(diǎn)工作。完成刺點(diǎn)后，再次執(zhí)行空中三角測(cè)量處理，以此來(lái)獲取項(xiàng)目區(qū)的實(shí)景三維模型（圖4）。

3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集

獲得實(shí)景三維模型后，按照房地一體化成果要求進(jìn)行矢量化處理。本次采用CASS3D軟件在三維模型上進(jìn)行建筑物和構(gòu)筑物矢量化。采用二、三維互動(dòng)的方式進(jìn)行采集作業(yè)，在三維模型上，精確獲取了房屋的體量、檐口、屋頂、陽(yáng)臺(tái)和門廊等詳細(xì)數(shù)據(jù)，并利用二維正射影像對(duì)地物要素屬性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，大大提高了農(nóng)村房地一體化測(cè)繪成果的生產(chǎn)效率。在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，如果出現(xiàn)模型空洞現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測(cè)，以確保測(cè)繪成果的準(zhǔn)確性（圖5）。

3.4 精度評(píng)定

在完成測(cè)繪結(jié)果之后，必須對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性予以評(píng)估和分析，確保其滿足規(guī)范和生產(chǎn)應(yīng)用的需求，進(jìn)而才能將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)。本研究通過(guò)對(duì)點(diǎn)位驗(yàn)證精度和距離驗(yàn)證精度2方面的分析，對(duì)農(nóng)村房屋綜合測(cè)繪結(jié)果的精度進(jìn)行了評(píng)估。在試驗(yàn)區(qū)，我們采用高精度實(shí)時(shí)差分定位（RTK）、全站儀、激光測(cè)距儀等測(cè)量設(shè)備收集各檢查站的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)與測(cè)繪結(jié)果中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算得出誤差的中值。各檢查點(diǎn)的平面點(diǎn)誤差結(jié)果見(jiàn)表1，精度對(duì)比分析見(jiàn)表2。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)分析，采用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行農(nóng)村房地一體化測(cè)繪的結(jié)果顯示，其坐標(biāo)平均點(diǎn)位誤差為0.034 m，優(yōu)于房產(chǎn)測(cè)繪規(guī)范所規(guī)定的0.05 m的誤差標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步觀察表2的數(shù)據(jù)，傾斜攝影測(cè)量得到的界址邊長(zhǎng)較差為0.033 m，同樣滿足房產(chǎn)測(cè)繪規(guī)范中對(duì)0.05 m誤差限的要求。綜合分析，本次研究使用的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村房地一體化測(cè)繪中展現(xiàn)了較高的精確度，滿足規(guī)范要求。此外，該技術(shù)在提升外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率方面也表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，通過(guò)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)的協(xié)同工作，有效地改善了傳統(tǒng)測(cè)繪作業(yè)模式的局限性。

4 結(jié)論

農(nóng)村房地一體化的測(cè)繪工作是確立基礎(chǔ)的重要任務(wù)。盡管傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式在準(zhǔn)確性方面較高，但其耗時(shí)長(zhǎng)且需要大量人力，導(dǎo)致數(shù)據(jù)生成周期較長(zhǎng)，無(wú)法滿足農(nóng)村房地一體化測(cè)繪工作的快速發(fā)展需求。然而，隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的不斷改進(jìn)，設(shè)備成本顯著降低，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性也得到大幅提升。因此，本研究采用了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)來(lái)執(zhí)行農(nóng)村房地一體化測(cè)繪任務(wù)，成功獲取了研究區(qū)域廣闊范圍內(nèi)的高精度實(shí)景三維模型。隨后，使用EPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)采集。由于二維影像與三維模型的緊密結(jié)合，大大提高了農(nóng)村房地一體化測(cè)繪成果的生產(chǎn)效率。同時(shí)，這種方法也確保了數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確性，滿足相關(guān)規(guī)范和生產(chǎn)應(yīng)用的要求。這一成果為房地一體化的快速更新以及大比例尺地形圖在廣泛范圍內(nèi)的生產(chǎn)提供了可靠有效的作業(yè)途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏軍，于洪雨，靳巧珠，等.無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村房地一體確權(quán)登記項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，

2023，46（2）：60-63.

[2] 苗小芒.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在大比例尺測(cè)圖技術(shù)中的應(yīng)用

研究[J].信息記錄材料，2021，22（12）：131-132.

[3] 賀璐方，胡新玲，肖桂園，等.基于傾斜攝影測(cè)量的實(shí)景三維建模與精度評(píng)定[J].電子測(cè)試，2021（4）：35-37.

[4] 黃權(quán)進(jìn).無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)

用[J].工程技術(shù)研究，2020，5（17）：108-109.

[5] 李歡.低空無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量成果精度研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2020，32（2）：27-33.

[6] 張松浩.基于PPK技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)繪精度分析研究[D].唐山：華北理工大學(xué)，2020.

[7] 譚燕萍.低空無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)在美麗小鎮(zhèn)建設(shè)中的

應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息，2018，41（3）：72-74.

[8] 郭昕陽(yáng).輸電線路激光掃描三維成像技術(shù)研究與應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.

[9] 徐柳華.無(wú)人飛行器影像處理研究及其實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，２009.