應用傾斜攝影開展房地一體化

鐘棉卿

（中交通力陜西環境綠化工程有限公司，陜西西安 710075）

0 引言

傾斜攝影技術通過獲取地物多視角、重疊度極高的高分辨率影像，經圖像處理技術自動識別地物特征點、密集匹配技術獲取豐富的立體相對，生成海量的三維地物點云，結合影像真實色彩，建立地物的真實表面模型，是近年來迅速發展的三維建模新技術，已廣泛應用于城市規劃、自然資源調查、農業、林業、旅游、電力、水利、油田、文物保護等領域。本文結合這項技術的現狀，提出利用傾斜攝影技術開展農房一體化的方和可行的作業流程，闡明新技術在房地一體化工作中的適應性。

1 傾斜攝影測量技術現狀

目前，基于傾斜攝影測量開展建模，已經有了成熟的商業產品，國外傾斜攝影自動建模軟件主要有：法國Acute3D公司的ContextCapture－Center、法國Astrium公司的StreetFactory、美國Skyline公司的PhotoMesh等[1]。這些產品利用傾斜攝影技術進行實景三維建模，建模效率高、自動化程度高，但精細化差、無法實現建筑物單體化。

國內傾斜攝影軟件也有了很大的發展，如北京東方道爾公司生產的Lidar+Cixtex，武漢華正公司的Lidar+3DRealWorld采用機載LiDAR和傾斜攝影技術進行實景三維建模[2]。組合系統能實現建筑物單體化，模型相對精細，效率較低。每個傾斜攝影工程都需要飛兩種設備，作業門檻和成本都偏高，三維模型的效率較傳統方式有較大進步。超圖軟件針對傾斜攝影三維建模的特點，在2015年推出的SuperMap GIS7C版本攻克了海量傾斜模型加載、單體化等諸多技術難題并對其應用進行了深入的挖掘，走在了世界前列。在后處理軟件方面，武漢天際航信息科技股份有限公司于2014年下半年開發的傾斜攝影三維模型修復優化處理軟件DP Modeler，完善和豐富了產業鏈結構。

2 無人機傾斜攝影房地一體化解決方案

2.1 技術方案測試

傾斜攝影測量生產真實景三維模型受地形、飛行方案、傳感器角度、采用的軟件等影像，需要首先采用不同飛行平臺搭載不同相機進行測試，檢查獲取的影像質量，從而確定最適的飛行平臺和相機類型；然后設計出多套像控測量方案，并獲取多種分辨率的傾斜影像；再根據傾斜影像的分辨率、重疊度、POS精度情況，進行空三加密參數的設置，生產實景模型；最后基于實景模型進行地籍要素采集，并對成果精度進行檢查，檢查方法主要是通過外業實地抽樣巡查的方法，使用解析法檢查成果的平面精度。

2.2 傾斜航空攝影方案設計

2.2.1 飛行方案設計

為滿足高精度的地籍測量要求，必須采用專業的傾斜攝影設備，采集地面分辨率優于2cm的影像數據，且根據測區地形地貌、氣候情況和飛行空域情況[3]，安全合理的布設航線，計劃航攝時間，申請空域。航空攝影時需要充分考慮地形高差導致的精度誤差，同時山區的山體高度和山谷風對低空飛行安全帶來的各種隱患。

不同于傳統攝影測量，傾斜攝影為獲取更多的側面信息，避免遮擋，傾斜攝影采用多角度航拍的方式，航攝重疊度也由傳統的航向65%左右、旁向30%左右增加至航向和旁向均在70%以上。

傾斜攝影應用于地籍測量時的航攝方案設計需因地制宜，綜合考慮建筑物密度、高度、植被遮擋、地形起伏、風速、相機曝光時間等的影響，選用滿足項目要求的相機，設計適合的影像重疊度和地面分辨率，進行大量的地籍測量試點驗證工作，總結出一套傾斜攝影用于地籍測量的航攝設計方案。

2.2.2 像控方案設計

像控點結合吐根控制測量來布設，點位選擇點位的選擇既要滿足圖根控制點的要求，也要滿足像控點對地面條件的要求，同時在圖根控制點上布設輔助標識，這樣既可以滿足航空攝影測量的要求，也可以滿足后期地籍要素測量的要求。考慮到傾斜攝影獲取的傾斜影像受地物遮擋影響較大，且需滿足后續空三加密和地籍測量的精度要求，像控測量往往先于傾斜攝影，需提前在地面開闊區域布設地標，地標尺寸需適中。地標密度根據測試情況進行調整。

2.2.3 數據處理方案設計

包括空三加密方案設計和基于實景三維模型的地籍要素采集兩方面內容。傾斜攝影需采用適用于傾斜攝影方式的空三加密軟件，如StreetFactory、ContextCaptureCenter、PhotoMesh 等。

實景三維模型可直觀表現地形地貌特征及建筑物細節，逼真的表現地物的紋理和色彩4，而且在實景三維模型上房屋可通過采集兩墻面，直接交匯出房角，不需縮房檐；房屋層數和房屋材質可識別；路面性質、獨立地物性質也可清晰判別，因此基于實景三維模型進行大比例尺DLG生產，在地籍測量、不動產測繪等領域，具有無可比擬的優勢。

2.3 作業流程

2.3.1 控制測量

即像控點的布設和測量，像控點一般布設于開闊的平坦地面上，避免被周圍植被、高大建筑所遮擋，像控點位于平面上，能減少高差造成的精度損失，在像控點上布設明顯的地標，易于在影像上識別，像控點采用GPS設備全野外實測。

2.3.2 低空無人機傾斜攝影

按照測試區確定的攝影測量參數與無人機飛行的參數開展外業數據采集工作，還應因地制宜的考慮測區內的地形高程起伏，高聳地物的影響和地區風力對對低空飛行安全帶來的各種隱患。此外，為保證前后視鏡頭、側視鏡頭覆蓋整個攝區，傾斜攝影在目標區域外側至少需多敷設兩條航線。

2.3.3 空三加密

本項目涉及的空三匹配和平差解算都可由ContextCaptureCenter軟件自動完成，基于圖像處理自動提取大量顯著的物特征點，經基于多視角的影像的密集自動匹配技術獲取海量的地物表面點云。軟件基于瓦片技術，將每一個瓦片打包建立成為一個任務，利用消除畸變差的多視影像和空三優化后的高精度外方位元素構建立體像對。

2.3.4 實景三維構建

ContextCaptureCenter軟件可實現實景模型的三維自動化生產。基于地物表面密集的點云構成不規則三角形TIN模型，根據影像提供的真實紋理信息，生成三維真實感模型。

2.3.5 基于實景三維的地籍測量

本項目采用清北京山維科技股份有限公司研發的EPS 3DSurvey三維測圖系統進行地籍要素測量。該系統提供了基于正射影像、實景三維模型、傾斜影像、點云數據的二三維采集編輯工具，支持大數據瀏覽以及高效采編建庫一體化，直接對接基礎測繪、不動產、智慧城市等專業應用領域。針對地籍測量，EPS 3DSurvey三維測圖系統具有專有的快捷房屋繪制、模型提取、地物采集等專用功能模塊。

3 技術優勢

應用傾斜攝影技術，可以迅速獲取真正攝影像圖、數字地表模型，由于高分辨率相機的迅速發展，小型無人機技術低空作業的優勢，很容易就能獲得分辨率極高的、細節充分的真實感實景農村場景模型，房屋的拐點和其他的地物特征點易于辨識，房檐無需外業調繪，房屋層數和房屋材質可識別；路面性質、獨立地物性質也可清晰判別；可輕易量測陽臺等附屬設施等，為房地一體化項目的開展打開了一條高效的作業模式，大量減少外業調繪和工作量。其技術優勢主要體現在以下方面：

3.1 高精度的數據成果

應用傾斜攝影測量的技術使用高重疊度的高分辨率影像組，獲取了豐富的多余觀測值，通過了嚴密的控制測量方案嚴格控制了地物特征點的匹配精度，模型誤差能達到cm級，能達到地籍測量的要求。另外，通過多視角的影像對，實現了封閉區域、不易達區域的建模，有利于充分的采集數據，使使測繪成果精度更加均勻。

3.2 生產工藝自動化水平高

隨著計算機技術、通信技術水平的提高，實現了無人機的自動化飛行，在內業數據處理中，商業軟件和研究軟件自動匹配，生成三維實景模型，將傳統模式下辛苦、勞動強度高的測量工作，轉化道內業基于實景模型的立體采集工作上，內外業人員可實現輕松測圖。

3.3 有利于質量控制

對于質檢部分，實現對成果檢查由外業抽查移植到內業檢查，數據成果疊加實景三維模型，輕松抽查丟漏、測錯、取舍不合理等質量問題。

傳統作業模式需要道實地進行檢查，只能抽查，采用傾斜攝影測量構建三維實景模型后，數據的檢查大部分工作可以基于三維實景模型看展，成果檢查從外業被移植到內業，輕松檢查丟漏、測錯、取舍不合理等質量問題。

3.4 減少了外業調繪，保障了作業安全

基于高分辨率的三維實景模型，地物狀態一目了然，無需調繪房檐；房屋層數和房屋材質可識別；路面性質、獨立地物性質也可清晰判別；極大程度上減少了地物遮擋，可輕易量測陽臺等附屬設施，使外業調繪工作量大幅度減少。新技術使大量的外業工作在內業就可以完成，不受天氣影響，既保障了作業人員的作業安全，同時也能解決外業拒測的居民區或施工工地采集難的問題。

4 總結

本文基于房地一體化的工作內容和傾斜攝影測量的技術優勢，探討了將傾斜攝影技術應用于房地一體化項目的可行性，并通過一個具體的案例介紹了采用此技術開展房地一體化的技術方案和作業流程，討論了重點和難點，并總結了技術優勢所在，搭載低空無人機開展房地一體化工作，具有高效的數據獲取能力，配合自動化的商業數據處理軟件，提高了內外業的自動化水平，大大減少了生產作業的周期，能夠生產高精度、真實感以及低成本的數據產品，希望新技術在地籍測量、房屋調查等領域得以推廣應用。