基于傾斜攝影測量的房地一體測量技術(shù)研究

摘要：將基于傾斜攝影測量技術(shù)建成的三維模型場景應(yīng)用于房地一體測量業(yè)務(wù)工作中，通過借助三維模型，能夠使復(fù)雜的不動產(chǎn)信息得到準(zhǔn)確、真實表達(dá)。利用ContextCapture軟件進行三維模型構(gòu)建，對北京某自然村落測量區(qū)域構(gòu)建模型，在三維模型的基礎(chǔ)上進行房產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，同時采用傳統(tǒng)測量方式采集控制點數(shù)據(jù)，進行精度檢驗。結(jié)果表明，無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以滿足房地一體測量精度要求。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量房地一體測量三維模型精度分析

ResearchonIntegratedMeasurementTechnologyofHousingandLandBasedonObliquePhotogrammetry

MAWeichi

BeijingXinxingHuanyuInformationTechnologyCo.，Ltd.，Beijing，102300China

Abstract：Applying3DmodelscenesbuiltbasedonObliquePhotogrammetrytechnologyintheworkofhousingandlandintegratedmeasurementcanaccuratelyandrealisticallyexpresscomplexrealestateinformationthrough3Dmodels.UsingContextCapturesoftwarefor3Dmodelconstruction，amodelwasconstructedforthemeasurementareaofanaturalvillageinBeijing.Basedonthe3Dmodel，realestatedataiscollected，andtraditionalmeasurementmethodsareusedtocollectcontrol pointdataforaccuracycomparisonanalysis.TheresultsindicatethattheUnmannedAerialVehicle（UAV）ObliquePhotogrammetrytechnologycanmeettheaccuracyrequirementfortheintegratedmeasurementofhousingandland.

KeyWords：UAVobliquephotogrammetry;Housingandlandmeasurement;3Dmodel;Accurateanalysis

傳統(tǒng)的農(nóng)村宅基地和房屋權(quán)屬調(diào)查測量方法是通過野外數(shù)字化測圖方法，如使用全站儀、卷尺和GNSS-RTK等，來獲取相關(guān)界址點、房角點的坐標(biāo)和間距。雖然此方法精度高，但基礎(chǔ)工作量大，數(shù)據(jù)處理繁雜，耗時耗力效率低[1]。近年來，利用無人機低空傾斜攝影測量進行農(nóng)村宅基地和不動產(chǎn)房屋一體化測量的嘗試越來越廣泛，應(yīng)用也越來越深入，其實質(zhì)是將外業(yè)拍攝的影像，通過軟件生成三維模型并加載在具有數(shù)據(jù)采集功能的軟件平臺上，通過矢量化數(shù)據(jù)采集直接獲得所需要的成果數(shù)據(jù)。雖然該技術(shù)在房地一體測量中應(yīng)用日趨廣泛，但其在不同地區(qū)測量所得出的成果質(zhì)量是不相同的，具有局限性[2]。

1技術(shù)流程

農(nóng)村房地一體測量的內(nèi)容包括測量宅基地界址點、農(nóng)村房屋房角點和繪制地籍調(diào)查底圖[3]。本文選擇北京延慶某低山地帶作為研究區(qū)域，根據(jù)實地勘察情況布設(shè)外業(yè)像控點并選取具有特征性的地物點作為檢查點，利用GNSS-RTK方法實測這些點坐標(biāo)。然后，分測量區(qū)域內(nèi)設(shè)計飛行方案，利用無人機傾斜攝影技術(shù)對測區(qū)進行傾斜航攝，并在內(nèi)業(yè)利用獲取的傾斜影像進行三維模型重建，通過數(shù)據(jù)采集平臺軟件在三維模型上采集成果數(shù)據(jù)并與外業(yè)實測的檢查點坐標(biāo)進行對比分析，結(jié)合《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T1001—2012）進行精度評價，技術(shù)流程如圖1所示。

2測量區(qū)域

該區(qū)域為丘陵山崗地區(qū)，面積為1.3km2，村中建筑物較為稀疏分散，樹木密集，周圍多為山地和玉米地，房屋多為磚砌結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，位置排列不規(guī)整，少量住房帶有圍墻，圍墻均為磚墻，測量區(qū)域俯瞰圖如圖2所示。

2.1像控點布設(shè)

外業(yè)像控點的布設(shè)與測量是后期內(nèi)業(yè)影像解析和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)和保障，其主要目的是計算待求點的空間位置和相片外方位元素，提高空中三角測量計算的精度，實現(xiàn)影像間的最佳匹配，故像控點的布設(shè)位置、數(shù)量及實測坐標(biāo)精度都將影響內(nèi)業(yè)影像數(shù)據(jù)處理和生成的3D模型的精度[4]。在布設(shè)像控點時，需要遵循像控點布設(shè)的原則、布設(shè)密度要求，選擇合適的像控點，同時需要考慮以下幾個方面的因素。

（1）像控點在地面上標(biāo)記時應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，與周邊環(huán)境相比具有明顯的視覺色差，容易在傾斜影像中辨別出來。

（2）像控點的分布位置應(yīng)遠(yuǎn)離影像邊界至少1～1.5cm的距離，以此來削弱投影差對傾斜影像精確匹配的影響程度。

（3）測區(qū)中包含陰影的區(qū)域不應(yīng)該布設(shè)像控點，否則將會導(dǎo)致傾斜影像中的像控點顯示不清晰。

（4）像控點要選擇在寬敞的地方，在實地布設(shè)像控點時要盡量遠(yuǎn)離包含電視塔、信號塔和大片水域等會干擾衛(wèi)星定位信號、影響像控點坐標(biāo)測量精度的區(qū)域，宜選擇周圍環(huán)境較為空曠的地方。

按照像控點傳統(tǒng)的均勻全覆蓋布設(shè)方式進行像控點布設(shè)，同時利用GNSS-RTK設(shè)備測出像控點的實地坐標(biāo)，測量坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000），RTK搭配中國移動CORS進行數(shù)據(jù)鏈接和采集，在衛(wèi)星信號較好時進行數(shù)據(jù)采集，最終獲得高精度的像控點的坐標(biāo)。

因該區(qū)域位于丘陵山崗區(qū)，地勢起伏較大，根據(jù)測區(qū)的地理環(huán)境、地形地勢特點及像控點布設(shè)要求，總共布設(shè)了55個像控點，像控點位于堅硬的水泥道路及居民房屋前的水泥庭院上，分散在測區(qū)四周及內(nèi)部，覆蓋整個區(qū)域。部分像控點布設(shè)分布圖如圖3所示（圖中圓形代表像控點）。

2.2外業(yè)飛行方案設(shè)計

無人機外業(yè)飛行方案的設(shè)計主要包括兩個方面的內(nèi)容：一是根據(jù)任務(wù)要求及測區(qū)環(huán)境特點選擇合適的飛行平臺系統(tǒng)；二是設(shè)計好無人機的航攝路線，要求無人機按著設(shè)計好的路線進行航攝，安全可靠且影像能對測區(qū)全覆蓋。合理設(shè)計無人機飛行方案是傾斜攝影測量工作的第一步，也是關(guān)鍵一步，因其能直接影響影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量、外業(yè)工作的效率和工期長短。

研究區(qū)域位于山腳周邊，地勢起伏較大，村中居民建筑物分散且稀疏，故本測量區(qū)域采用由大疆經(jīng)緯M300RTK輕小型四旋翼無人機搭載大疆禪思ZENMUSEP1單鏡頭相機傳感器組成的外業(yè)飛行系統(tǒng)。經(jīng)緯M300RTK旋翼無人機具有最大可達(dá)15km的控制距離、最長可達(dá)55min的飛行時間特點，具有雙頻道通信功能，抗干擾能力強，可根據(jù)實際工作時信號狀況和環(huán)境的復(fù)雜程度智能地切換至最佳信道，在地勢起伏較大的山區(qū)可有效避開樹木等障礙物，保障飛行安全。禪思ZENMUSEP1單鏡頭相機具有4500萬像素的全畫幅傳感器，單像素尺寸面積可以達(dá)到4.4um，并搭載了三軸云臺，在保障航拍精度的同時，也確保了穩(wěn)定性[5]，單架次航攝面積最大可達(dá)3km2。測區(qū)航線規(guī)劃圖如圖3所示。

該區(qū)域共拍攝影像1240張，覆蓋區(qū)域面積2.45km2，外業(yè)數(shù)據(jù)采集用時22min。本次測量內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理所用軟件為Bentley公司旗下的ContextCaptureCenter三維建模軟件，簡稱CC軟件。ContextCaptureCenter軟件主要分為3個模塊，分別是ContextCaptureCenterMaster、ContextCaptureCenterEngine和Acute3DViewer。ContextCaptureCenterMaster模塊為主控臺，主要進行任務(wù)創(chuàng)建和管理監(jiān)視；ContextCaptureCenterEngine模塊為引擎模塊，主要處理來自主控臺提交的任務(wù)；而Acute3DViewer相當(dāng)于預(yù)覽模塊，可通過此模塊查看生成的三維實景模型[6]。

3精度分析

生成的三維模型精度和采集的矢量數(shù)據(jù)精度能否滿足農(nóng)村房地一體測量規(guī)范的要求，需要通過實地調(diào)查數(shù)據(jù)進行比較分析。本次測量依據(jù)《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T1001—2012）對界址點（房角點）精度要求為標(biāo)準(zhǔn)，在外業(yè)布設(shè)像控點的同時按照隨機均勻的原則在測區(qū)內(nèi)選取一些房角點作為檢查點，并用GPSRTK實測該檢查點的坐標(biāo)，坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)，每個檢查點外業(yè)實測10次坐標(biāo)，以平均值作為最終實測結(jié)果，以減弱偶然誤差對測量結(jié)果帶來的不利影響。在測區(qū)選取了20個檢查點，以g1、g2、…、g20表示，檢查點分布圖如圖4所示。

因農(nóng)村房地一體測量中主要是確定地物的平面位置，故本次測量中檢查點的精度以平面位置精度為準(zhǔn)，以平面點位中誤差作為參考。為計算檢查點平面點位中誤差，將生產(chǎn)的實景三維模型導(dǎo)入清華山維EPS軟件中，然后利用EPS軟件對選定的檢查點進行坐標(biāo)采集，各檢查點分別采集10次坐標(biāo)值，并將外業(yè)通過RTK測量的坐標(biāo)值作為真值。

本文以檢查點的平均點位中誤差大小來衡量測區(qū)3D模型的整體精度，測量區(qū)域的精度統(tǒng)計結(jié)果分別如表1所示。

測量區(qū)域點位中誤差最小為0.043m，最大為0.082m，達(dá)到二級界址點平均中誤差不大于±0.075m，最大點位中誤差小于0.15m的要求。

4結(jié)語

通過傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)了多方位的數(shù)據(jù)采集，獲取了有效的地表建筑物側(cè)面紋理信息。通過3D建模，利用EPS裸眼測圖軟件實現(xiàn)房屋邊長、樓層數(shù)據(jù)信息的采集。與傳統(tǒng)調(diào)查測量模式相比，該方法極大地提高了工作效率，降低了外業(yè)工作強度和生產(chǎn)成本，經(jīng)實地測量檢驗，成果精度滿足相關(guān)規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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