傾斜攝影測量技術在第三次土地調查中的應用

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【摘要】傾斜攝影作為在傳統航空攝影之上發展起來的新技術，由于其增加了不同角度的相機拍攝，使得采集的信息更全面，并在自動化建模軟件的支撐下能快速、低成本的構建出逼真的三維模型;從而使得傾斜攝影技術得到蓬勃發展，并具備廣泛的應用前景。

【關鍵詞】傾斜攝影測量技術;土地調查;應用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.113

在無人機傾斜攝影測量興起之前，大比例尺地圖數據采集基本上采用傳統全站儀結合RTK的形式，這種形式數據精度高，缺點是內外業協同程度不高。同時，傳統測繪采集數據形式單一。但是隨著技術不斷發展，無人機傾斜攝影測量、三維激光掃描以及激光雷達技術不斷成熟，測繪的相關行業以及地理信息數據應用行業，對測繪數據的多元化有越來越多的要求，實景三維模型和點云數據應用領域越來越廣。既提高了數據多元化水平，也加快了地理信息數據更新的速度，還拓展了測繪數據應用領域。

1、傾斜攝影應用的關鍵技術

傾斜攝影產業鏈中涉及諸多技術環節，除了硬件設備的研發，軟件方面的關鍵技術集中于自動化建模技術和平臺應用技術。目前自動化建模技術主要掌握在國外，國內有企業和科研院所正在攻關中，但尚未達到國產替代的程度。平臺應用技術上國產軟件則已經走到世界的前列。具體包括：海量數據加載技術、單體化技術、效果修補技術等。

（1）海量數據加載技術指的是傾斜攝影模型數據量往往非常龐大，1km2的數據量在0.5～2GB，這樣中小城市的建成區就能達到幾十乃至上百GB。不過好在傾斜攝影自動化建模軟件可以輸出標準的OSGB格式，且數據本身就自導了的LOD（金字塔層級結構）。利用數據自帶的LOD，超圖軟件通過直接讀取OSGB，并match運用LOD來優化調度，做到再大的數據量也可以實現瞬間加載，性能非常流暢。

（2）傾斜攝影的單體化技術就是利用三角面片的可分割性質，解決傾斜攝影數據的三維模型可分離單體化問題。該方法首先繪制切割多邊形，確定單體化模型邊界，然后使用包圍盒方法進行求交檢測，獲得需要切割的三角面片（點云構建的DTM三角網）。之后計算求交檢測所得三角面片與切割多邊形的交點，然后詳細分析切割多邊形與三角面片相交時的不同相交情形，并針對不同的相交情形采用不同的切割方法。最后，對相交區域三角面片進行裁切并重構，再紋理重構并實現多細節分層后得到分離的單體化模型。該技術方法可有效實現傾斜攝影三維模型的分離單體化。

（3）關鍵技術是效果修補。效果修補技術是指傾斜攝影生成的實景三維模型數據，通過空洞區模型導出，邊界自動提取，三角網重構等方法來實現空洞修補。傾斜攝影模型是軟件算法自動生成，由于算法限制和拍攝角度等原因造成表面不夠平整、底商效果不佳等問題，和人工建模存在明顯差距。天際航軟件可人工干預休整傾斜模型表面，以及參照街景影像修繕底商效果。超圖軟件則可通過自帶水面符號彌補傾斜模型的水面空洞，還原波光粼粼的水面效果;以及通過配置點和三維符號來提供更好的樹木等小品效果。

2、項目區概況

測區位于云南省昆明市呈貢區西北部，處于東經102°47′24″至102°48′23″、北緯24°52′56″至24°54′12″。項目區總面積2.22km2。地勢東北高西南低，海拔在1800m以上。

3、數據獲取

本次實驗在進行影像數據采集之前，首先到測區范圍內進行實地踏勘，綜合測區地理位置條件以及起飛場地限制，采用大疆M600無人機，搭載SONYILCE-7RM2五鏡頭相機，分為8個區域進行航線劃分，采集到53，000余張照片，影像數據500G，一共布設了40個像控點。

4、三維建模

外業采集到的數據應盡快送達內頁作業員處，首先進行快拼，檢查影像數據的完整性以及是否拉花，然后將影像數據導入Smart3D軟件中，通過人機交互的形式進行解算，主要包括空三解算、影像匹配、點云生成并構網及紋理映射等，為了提高作業效率，采用多節點聯合運算。

5、精度分析

為了驗證傾斜三維模型精度和質量滿足土地開發項目需求，在布設像控點過程中隨機且均勻地選取了48個檢查點，對模型精度進行全面驗證。在模型量取對應點坐標，與實際測量數據對比，為方便比較，將模型與實際采集數據差值取絕對值?？梢钥闯觯喝S模型中的檢查點高程方向的誤差普遍大于方向和方向;方向和方向的誤差絕對值分布較為均勻，且基本小于0.2m;高程方向的誤差絕對值分布較為離散，最大誤差接近0.3m。說明本次實驗構建的真三維模型的平面精度要高于高程精度。

根據模型坐標與實際坐標相比較，通過中誤差計算公式，計算出整個模型坐標的中誤差為：

Δx=0.05m;

Δy=0.05m;

Δz=0.06m。

查詢《地籍測量規范》和《三維地理信息模型數據產品規范》。我們可以得知，無人機傾斜攝影測量生產的傾斜三維模型，在精度上既符合《三維地理信息模型數據產品規范》的要求，同時也符合《地籍測量規范》中的精度規定，在精度上完全能夠滿足一級土地開發項目的需要。

6、土地開發項目應用

基于無人機傾斜模型進行土地開發，首先能夠在較短的時間內，將開發范圍內的現狀以三維模型的形式固定下來，防止因加蓋擴建而導致的補償費用上的矛盾;其次，傾斜三維模型能夠將地物紋理很精細地表現出來，在內業僅需少量的作業人員就能夠將項目區范圍內的地形圖和房屋矢量數據繪制出來，同時基于三維模型還能夠將房屋材質和樓層信息采集到。大大節約了外業數據采集的工作量，同時節省了大量的人力、物力和時間成本。將傾斜三維模型導入EPS軟件中，對地面附著物進行矢量化，同時基于精細三維模型進行房屋結構、樓層和行政區劃等屬性判讀，并在SuperMapiDesktop軟件中，將相關屬性添加到房屋矢量面的屬性表中，建立數據庫。對于少量遮擋、漏測部分，通過外業調繪進行補測。按照本次項目工作量，使用全站儀與RTK結合的方法，進行碎部數據采集，并內業繪制成圖，需要20名作業人員花費一個月采集數據并繪制成圖，同時對于屬性調查工作仍需花費一個月時間?；跓o人機傾斜攝影測量采集房屋信息，本次項目總共動用5名作業人員，1名內業建模，4名外業獲取影像數據，待模型生成完成，5名作業人員共同采集矢量和屬性數據，總共花費15d的時間。后期少量調繪、補測以及房屋權屬調查等工作花費一個月，總工期在50d左右。

結語：

本文提出了土地一級開發項目新的數據采集方式，通過無人機影像生產的實景三維模型，并且經精度檢驗完全滿足數據采集的需求，基于此模型進行房屋相關屬性采集，相較于傳統測量技術，基于三維模型進行數據采集需要較少的作業人員，花費了更少的作業時間，節省了大量的成本。

參考文獻：

[1]三維地理信息模型數據產品規范[M].北京：測繪出版社，2012.

[2]王宏新.土地一級開發實務指南[M].北京：化學工業出版社，2007.