無人機(jī)傾斜攝影測量在地籍測繪項(xiàng)目中的應(yīng)用

魏光勇

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì),寧夏 銀川750001)

傳統(tǒng)地籍測繪采用全站儀、GPS-RTK等設(shè)備，雖然可以獲得高精度的測繪成果，但是效率低、長期外業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、入戶困難。為了解決以上面臨的問題，可采用垂直攝影，基于虛擬環(huán)境下的立體像對(duì)對(duì)房屋進(jìn)行采集，但是屋檐改正無法實(shí)現(xiàn)，且通過實(shí)踐證明，此種方法生產(chǎn)的地籍圖成果精度達(dá)不到規(guī)范要求。但是“農(nóng)村房地一體項(xiàng)目”、“美麗鄉(xiāng)村建設(shè)項(xiàng)目”等大型惠民項(xiàng)目工作量大、工期緊、質(zhì)量要求高，尋求一種高效的生產(chǎn)作業(yè)方式迫在眉睫[1]。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是一項(xiàng)新的測繪技術(shù)，它和傳統(tǒng)的垂直攝影相比較，增加了多個(gè)側(cè)視相機(jī)，正好可以解決屋檐改正等問題，且多角度對(duì)同一地物進(jìn)行拍攝，增加了地物信息的冗余度，有利于剔除不靠譜的加密點(diǎn)，提升空中三角測量的精度[2-3]。鑒于此，本文以某一任務(wù)區(qū)地籍測繪項(xiàng)目為例，對(duì)測區(qū)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)與采集，利用地面站軟件完成航線的規(guī)劃與影像數(shù)據(jù)采集，通過預(yù)處理、空三加密、實(shí)景三維模型生產(chǎn)等環(huán)節(jié)完成影像數(shù)據(jù)建模[4-5]。利用專業(yè)的裸眼測圖軟件進(jìn)行地籍圖的采集與編輯，利用全站儀采集的檢測點(diǎn)，按照高精度中誤差計(jì)算公式計(jì)算檢測點(diǎn)中誤差，結(jié)果表明，本文提到的作業(yè)方法生產(chǎn)的地籍圖可以滿足地籍測繪規(guī)范要求的精度，可作為生產(chǎn)地籍圖成果的主要作業(yè)方式，也可有效提高作業(yè)效率，減少潛在的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約成本，縮短工期。

1 傾斜攝影技術(shù)簡介

傳統(tǒng)的傾斜攝影是通過有人機(jī)搭載多視角航攝儀進(jìn)行作業(yè)，但是這種設(shè)備成本高，對(duì)飛行場地等外界環(huán)境要求高，不便于大面積的推廣應(yīng)用。隨著無人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展與相機(jī)CCD成本的降低、分辨率的提高，加之?dāng)z影測量軟件算法的不斷優(yōu)化，特別是多視影像密集匹配算法的完善，讓傾斜攝影技術(shù)設(shè)備價(jià)格大幅度降低，成為普通測繪單位可以接受的產(chǎn)品。無人機(jī)傾斜攝影測量，是指無人機(jī)搭載多個(gè)非量測數(shù)碼相機(jī)，對(duì)地面物體進(jìn)行多角度攝影航拍，利用專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，加上采集的像控點(diǎn)坐標(biāo)成果，將航攝影像轉(zhuǎn)為高精度的、具有可量測性的實(shí)景三維模型。在建模的過程中，主要涉及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有空中三角測量和三維模型生產(chǎn)，具體建模流程見圖1。

2 生產(chǎn)軟件介紹

2.1 Context Capture建模軟件

Context Capture是本特利的一款自動(dòng)化建模軟件，具有高精度、高效率、高質(zhì)量的特點(diǎn)，是目前使用最多的一款軟件，但是軟件的空三解算通過率較低，本文在這方面也做了優(yōu)化，可以提高空三解算的成功率，提升空三的質(zhì)量。

2.2 EPS測圖軟件

EPS測圖軟件是北京清華三維推出的一款綜合性的地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，帶有多個(gè)模塊，也是目前市面上裸眼采集軟件里應(yīng)用最多，最成熟的一款軟件，本文主要用了其中的三維測圖模塊和房地一體模塊。

3 項(xiàng)目驗(yàn)證

3.1 像控點(diǎn)測量

根據(jù)任務(wù)區(qū)范圍線和地形，按照150米間距均勻布設(shè)像控點(diǎn)，并利用油漆進(jìn)行噴涂，利用GPS-RTK采集噴涂點(diǎn)位的坐標(biāo)值，每個(gè)點(diǎn)至少采集三次，成果取三次的平均值，且三次采集坐標(biāo)值要求在2公分以內(nèi)。圖2為像控點(diǎn)點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖和實(shí)地噴涂采集點(diǎn)位圖。

3.2 測區(qū)影像獲取

對(duì)任務(wù)區(qū)進(jìn)行航線規(guī)劃并進(jìn)行傾斜影像數(shù)據(jù)采集。航向、旁向重疊度按照85%進(jìn)行設(shè)置，地面采樣分辨率按照0.015 米設(shè)置，完成設(shè)置任務(wù)后，提交任務(wù)，組裝檢查無人機(jī)并開始按照規(guī)劃好的航線完成影像數(shù)據(jù)的采集。

3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)航攝成果進(jìn)行整理，刪除無效的影像和POS數(shù)據(jù)，對(duì)影像利用重命名軟件進(jìn)行批量更名操作，用Photoshop軟件對(duì)原始影像進(jìn)行調(diào)色勻光勻色處理，提升影像的質(zhì)量，有利于空三的順利解算。

3.4 相機(jī)參數(shù)優(yōu)化

針對(duì)Context Capture軟件空三解算成功率低這個(gè)問題，先每個(gè)鏡頭選取100張影像，這100張影像POS坐標(biāo)是相同的，用這5鏡頭共500張影像進(jìn)行空中三角測量解算，獲得精確的5個(gè)相機(jī)的相機(jī)參數(shù)，然后將這些相機(jī)參數(shù)導(dǎo)出opt保存。將任務(wù)區(qū)所有影像加載到工程中，并導(dǎo)入POS和優(yōu)化后的相機(jī)參數(shù)，工程創(chuàng)建完成。

3.5 空中三角測量

提交空三任務(wù)，利用多視空中三角測量技術(shù)和低精度POS，完成復(fù)雜關(guān)系下的特征點(diǎn)提取與基于POS的平差調(diào)整?？杖淮涡酝瓿?，選擇坐標(biāo)系，導(dǎo)入像控點(diǎn)成果并完成像控點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺。再次提交平差任務(wù)，將虛擬坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到像控點(diǎn)坐標(biāo)系下，完成帶像控點(diǎn)的平差，結(jié)合平差報(bào)告查驗(yàn)空三成果的可用性，成果可用?？罩腥菧y量涉及到的主要有影像金字塔的創(chuàng)建、特征點(diǎn)的檢測與提取、特征點(diǎn)的匹配與調(diào)整。

3.6 三維模型生產(chǎn)

空三完成后，提交建模任務(wù)，設(shè)置空間框架坐標(biāo)系為像控點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系，切塊模式選擇“規(guī)則平面格網(wǎng)切塊”，瓦片大小依據(jù)測試電腦的內(nèi)存來設(shè)定，本次測試電腦內(nèi)存為128G，瓦片設(shè)置為150*150米，大小為62G，可以滿足要求。針對(duì)地籍項(xiàng)目，需要盡可能保留建筑物結(jié)構(gòu)，將處理設(shè)置下的“幾何簡化”，設(shè)置為“平面”，容差改為0米。提交新的生產(chǎn)項(xiàng)目，選擇三維網(wǎng)格，模型格式選擇OSGB，空間參考系統(tǒng)保持和像控點(diǎn)的一致，導(dǎo)入任務(wù)區(qū)范圍線，完成三維模型的生產(chǎn)。三維模型生產(chǎn)中的主要步驟有多視影像密集匹配、三角網(wǎng)構(gòu)建與調(diào)整、白膜生產(chǎn)、LOD紋理影像金字塔的創(chuàng)建和紋理映射貼圖，模型格式轉(zhuǎn)換輸出。

3.7 地籍圖制作

利用清華三維EPS軟件，對(duì)生成的實(shí)景三維模型進(jìn)行裸眼采集。首先將實(shí)景三維模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到EPS能夠識(shí)別的dsm成果，然后加載模型成果，導(dǎo)入正射影像和任務(wù)區(qū)范圍線，調(diào)整任務(wù)區(qū)范圍線高度，使之與模型貼合，最后選擇不同圖層下的不同命令，完成地籍圖成果的采集與編輯，采集的地籍圖成果見圖3。

圖3 基于模型采集的地籍圖

4 精度檢測與評(píng)定

利用全站儀采集15個(gè)房角點(diǎn)，將采集的坐標(biāo)與地籍圖上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，得到每個(gè)檢測點(diǎn)在X方向和Y方向上的殘差，殘差單位為米，橫軸代表檢測點(diǎn)號(hào)，縱軸代表殘差值得絕對(duì)值，如圖4所示。

圖4

利用高精度中誤差計(jì)算公式，對(duì)15個(gè)檢測點(diǎn)的中誤差進(jìn)行計(jì)算，得到本次擬實(shí)驗(yàn)區(qū)域檢測點(diǎn)的平面中誤差為0.044 米，可以滿足地籍一級(jí)精度要求[6]，說明本文的方法可以用來實(shí)現(xiàn)地籍圖的采集。

5 結(jié)論

對(duì)基于傾斜攝影建模的流程進(jìn)行了說明，并以實(shí)際項(xiàng)目為例，對(duì)生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了講解，利用全站儀采集檢測點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)的地籍圖精度進(jìn)行了檢測與評(píng)定，得到基于傾斜攝影可以完成地籍圖測繪任務(wù)，具有一定的實(shí)用性，可為同行從業(yè)人員提供有效借鑒。