傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用研究

陳曉鵬

（甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,甘肅 蘭州 730000）

不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪一般也稱為地籍測(cè)繪,其主要內(nèi)容包括地籍控制測(cè)量、界址點(diǎn)測(cè)量和地籍圖測(cè)繪。地籍調(diào)查也是地籍中的一個(gè)重要內(nèi)容,主要是對(duì)土地及其附著物的位置、權(quán)屬、數(shù)量、質(zhì)量和利用現(xiàn)狀等基本情況進(jìn)行的技術(shù)性工作。地籍調(diào)查的程序包括調(diào)查準(zhǔn)備、調(diào)查的組織方案和技術(shù)方案、收集資料、外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)工作、檢查驗(yàn)收和成果整理[1-4]。本文重點(diǎn)從傳統(tǒng)的外業(yè)測(cè)量入手,對(duì)其作業(yè)方案進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)的地籍測(cè)量,是利用全站儀、GPS-RTK、鋼尺等測(cè)繪設(shè)備進(jìn)行界址點(diǎn)的采集和房屋邊長(zhǎng)等的測(cè)量,這種方法不但作業(yè)成本高,而且效率低,外業(yè)工作強(qiáng)度高,有必要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,提升作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本和減輕工作強(qiáng)度[5-6]。筆者深入研究了近年來發(fā)展起來的傾斜攝影技術(shù),分析了其作業(yè)的優(yōu)勢(shì),提出使用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪。本文通過實(shí)際案例,探討了傾斜攝影的作業(yè)流程和注意事項(xiàng),希望可以為同行提供參考,優(yōu)化傳統(tǒng)的不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪方案。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是指通過航空攝影的方式進(jìn)行測(cè)繪產(chǎn)品的制作,其搭載的航攝儀通常是由多個(gè)鏡頭組成,常見的有2 鏡頭、3 鏡頭、5 鏡頭甚至更多鏡頭。無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間和掛載的相機(jī)有直接的關(guān)系,從這方面出發(fā),也有人采用單鏡頭通過多向飛行的方式進(jìn)行傾斜影像的采集。在多鏡頭中,5 鏡頭相機(jī)為目前用戶最多的,其是由1 個(gè)下視和4 個(gè)側(cè)視相機(jī)組成[7]。下視鏡頭基本上是與被攝物體垂直的,因此可以認(rèn)為是垂直于被攝物體,進(jìn)行頂部信息的采集,但是實(shí)際上是中心投影,因此除了影像中心,其余地方都是存在畸變的。5 拼中的相機(jī),側(cè)視鏡頭與被攝物體一般是45°夾角的關(guān)系,是從多個(gè)角度獲取被攝物體的側(cè)面信息的。在獲取相關(guān)影像后,結(jié)合搭載的定位定姿裝備,獲取高精度的GPS 數(shù)據(jù),然后利用專業(yè)的建模軟件進(jìn)行實(shí)景三維模型的生產(chǎn)。基于實(shí)景三維模型開展一系列測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn),這一技術(shù)被稱為傾斜攝影測(cè)量,其作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 傾斜攝影測(cè)量流程圖

2 案例分析

本次測(cè)試區(qū)域位于甘肅省蘭州市某一村落,該村約有住戶150 戶,房屋主要以一二層為主,地勢(shì)平坦,高差較小,采用固定高度飛行,基本可以獲取同分辨率影像。房屋分布稀疏,采用傾斜攝影技術(shù),構(gòu)建的模型精細(xì)度好、完整性好,也有利于后期基于模型進(jìn)行測(cè)繪產(chǎn)品的制作,以下是本次進(jìn)行精度測(cè)試的主要環(huán)節(jié)和具體內(nèi)容。

2.1 航線規(guī)劃

為了能夠達(dá)到地籍精度要求,按照影像分辨率與采集精度之間的關(guān)系,本次設(shè)計(jì)采樣分辨率為1.5cm,為了模型足夠精細(xì)、完整,本次在重疊度設(shè)計(jì)方面,按照航向、旁向85%進(jìn)行設(shè)置。為了減小畸變投影差,本次選擇下視焦距為35mm 的索尼RX1RM2,側(cè)視焦距為50mm的5 拼相機(jī),像幅大小為5304*7952,具體的航線設(shè)計(jì)參數(shù)如圖2 所示。

圖2 航線參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2 控制點(diǎn)噴涂與采集

傳統(tǒng)的垂直攝影測(cè)量布設(shè)控制點(diǎn)時(shí),是要根據(jù)航線規(guī)律進(jìn)行布設(shè)的,這樣才能有效保障布置的點(diǎn)位精度至少有5 度6 度重疊,位于邊緣區(qū)域的點(diǎn)位至少要達(dá)到3度重疊,這樣在后期平差時(shí),控制點(diǎn)才可以發(fā)揮作用。在傾斜攝影中,不用考慮重疊度,只需根據(jù)范圍線和點(diǎn)位間距,按照一定的間距均勻布設(shè)點(diǎn)位即可。本次作業(yè),在圖新地球中,套合衛(wèi)星影像和范圍線,布設(shè)點(diǎn)位間距在300 米左右,任務(wù)范圍線邊緣均要布設(shè)點(diǎn)位,這樣才能保障邊緣區(qū)域成果的精度。外業(yè)將布設(shè)好的點(diǎn)位導(dǎo)入奧維手機(jī)APP 中,通過導(dǎo)航的方式,對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行噴涂和測(cè)量。考慮到航飛地面分辨率和地物圖標(biāo)的關(guān)系,本次噴涂的對(duì)三角邊長(zhǎng)為50cm,采用紅白油漆進(jìn)行噴涂,并將點(diǎn)號(hào)標(biāo)注在旁邊,具體的噴涂成果如圖3 所示。

圖3 控制點(diǎn)噴涂圖標(biāo)

在坐標(biāo)采集時(shí),需通過雙手扶桿,待氣泡位于中心,且狀態(tài)為固定解時(shí)進(jìn)行采集。為了減小偶然誤差,在采集的過程中,對(duì)每個(gè)點(diǎn)位均采集了3 次,且彼此之間的誤差要求小于1cm,否則視為不合格,需要對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行重新測(cè)量。在采集坐標(biāo)時(shí),對(duì)控制點(diǎn)的實(shí)地情況也進(jìn)行拍攝,需要有近景和遠(yuǎn)景照片,遠(yuǎn)景照片有助于判斷方位,快速找到點(diǎn)位的大概位置,近景照片可以反映采集坐標(biāo)時(shí)的位置,有助于提升控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺的精度。

利用GPS-RTK 采集的點(diǎn)作為已知點(diǎn),將全站儀架設(shè)在已知點(diǎn)上進(jìn)行檢測(cè)點(diǎn)的采集,檢測(cè)點(diǎn)主要采集的是特征點(diǎn),因?yàn)椴杉牡丶畧D是基于特征點(diǎn)采集的,這樣更能說明此方法檢測(cè)地籍成果精度的可靠性。通過多次假設(shè)全站儀,在任務(wù)區(qū)范圍內(nèi)均勻隨機(jī)采集檢測(cè)點(diǎn)24 個(gè),利用鋼尺量測(cè)宗地邊長(zhǎng)、房屋邊長(zhǎng)共計(jì)18 條。

2.3 航空攝影

航空攝影主要是獲取影像數(shù)據(jù),分為航飛準(zhǔn)備、航飛作業(yè)和降落回收三部分。航飛準(zhǔn)備主要包括航飛前的各項(xiàng)設(shè)備檢查,主要檢查內(nèi)存卡和電池等；航飛作業(yè)主要是對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取,在自動(dòng)獲取的同時(shí),需要時(shí)刻關(guān)注航飛狀態(tài),確保航飛是在可控之內(nèi)的；降落回收主要是對(duì)無人機(jī)進(jìn)行安全降落,下載航飛軌跡數(shù)據(jù),然后取出內(nèi)存卡,拷貝所采集的影像數(shù)據(jù)和下載的POS 數(shù)據(jù)。

2.4 影像成果質(zhì)檢

首先對(duì)影像數(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)進(jìn)行檢查,在正常作業(yè)時(shí),相機(jī)曝光一次,就會(huì)獲得1 張下視影像,記錄一個(gè)POS 位置。通過檢查,本次共獲得POS 數(shù)據(jù)2104個(gè),獲得下視影像2104 張,側(cè)視影像8416 張。其次對(duì)影像的整體質(zhì)量進(jìn)行查看,通過人機(jī)交互的方式查看影像,其中部分影像顏色較暗,需進(jìn)行亮度調(diào)整處理。

2.5 空三加密

2.5.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本次使用航天遠(yuǎn)景的EPT3.0 軟件,對(duì)影像的亮度進(jìn)行調(diào)整,亮度調(diào)整完成后,對(duì)影像名和POS 名進(jìn)行重置。首先利用拖把更名器,對(duì)5 個(gè)鏡頭的影像進(jìn)行重命名,然后通過5 拼相機(jī)安置參數(shù),利用自主開發(fā)的軟件,以下視鏡頭POS 為基準(zhǔn),對(duì)側(cè)視鏡頭的POS 數(shù)據(jù)進(jìn)行解算,得到每個(gè)相機(jī)曝光時(shí)的實(shí)際位置坐標(biāo),最后按照5組影像的命名,對(duì)POS 分別進(jìn)行命名,確保照片和POS一一對(duì)應(yīng)且是唯一的。

2.5.2 工程創(chuàng)建和參數(shù)完善

本次數(shù)據(jù)解算使用主流的ContextCapture（下文簡(jiǎn)稱CC）軟件,首先新建工程,設(shè)置工程名、工程路徑、任務(wù)提交路徑等,然后通過文件夾的形式,一次性加載所有影像數(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù),最后打開相機(jī)檢校報(bào)告,輸入每組相機(jī)精確的相機(jī)焦距。利用影像檢查功能,快速的對(duì)工程中的影像進(jìn)行檢查,確保影像無損壞。

2.5.3 空三加密和刺點(diǎn)平差

工程創(chuàng)建完成后,直接提交空三任務(wù),然后開啟本機(jī)引擎和集群電腦的引擎,通過集群的方式快速進(jìn)行空三解算處理。空三解算過程涉及到特征點(diǎn)檢測(cè)、特征點(diǎn)提取、特征點(diǎn)匹配和平差,其中平差是以POS 數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行的。待自由網(wǎng)空三完成后,將采集的控制點(diǎn)導(dǎo)入軟件中,利用Shift 和鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行點(diǎn)位的轉(zhuǎn)刺,待所有點(diǎn)位轉(zhuǎn)刺完成后,提交平差任務(wù),進(jìn)行平差解算。該軟件平差方式為局域網(wǎng)平差,該方法平差精度可靠且精度高,平差完成后,對(duì)其平差報(bào)告進(jìn)行查看,所有控制點(diǎn)精度均達(dá)到了毫米級(jí)精度,其平面中誤差為0.003 米,高程中誤差為0.004 米,匹配的加密點(diǎn)的重投影中誤差為0.231個(gè)像元大小,小于規(guī)范要求的2/3 個(gè)像元大小,成果可用。

2.6 三維重建

三維重建主要包括多視影像密集匹配、密集DSM 生成、不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建、金字塔創(chuàng)建、紋理映射和優(yōu)化、模型格式轉(zhuǎn)換輸出、成果質(zhì)檢和分析應(yīng)用等,其具體的流程如圖4 所示。

圖4 三維重建流程示意圖

在CC 軟件中進(jìn)行建模,需要設(shè)置的參數(shù)如下：（1）設(shè)置空間框架坐標(biāo)系,這里設(shè)置的坐標(biāo)系和控制點(diǎn)以及目標(biāo)坐標(biāo)系一致；（2）瓦片相關(guān)設(shè)置：設(shè)置瓦片劃分方式為規(guī)則平面劃分,設(shè)置瓦片大小為200*200 米,這樣可以充分利用集群電腦的高配資源；（3）原點(diǎn)設(shè)置：本次任務(wù)區(qū)是獨(dú)立的,因此不需要對(duì)瓦片切塊原點(diǎn)和模型坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置,按照默認(rèn)的數(shù)值即可；（4）平面簡(jiǎn)化：為了盡可能保留建構(gòu)筑物的棱角結(jié)構(gòu),提高后期點(diǎn)位精度的采集,在這里設(shè)置平面簡(jiǎn)化方數(shù)值為0,單位為米；（5）設(shè)置輸出格式：后期要用于地籍圖的采集,目前主流的采集格式均為OSGB,因此這里設(shè)置輸出格式為OSGB；（6）對(duì)原始數(shù)據(jù)不進(jìn)行壓縮,確保輸出的模型質(zhì)量最高,其余參數(shù)默認(rèn)。設(shè)置完成后,提交建模任務(wù),開啟集群電腦,聯(lián)機(jī)進(jìn)行三維模型的重建。重建完成后,對(duì)模型的質(zhì)量進(jìn)行檢查,模型完整、清晰度高、無拉花現(xiàn)象,因此內(nèi)業(yè)基本上可以完成定位和定性的判定。利用CC 自帶的瀏覽軟件,將模型打開,然后通過人機(jī)交互的方式,用控制點(diǎn)對(duì)模型的精度進(jìn)行檢測(cè),最后得到模型精度中誤差平面為0.015 米,高程中誤差為0.018 米,精度良好,成果可以用于地籍圖測(cè)繪。

2.7 地籍圖采編與調(diào)繪

利用浙江迪奧潽的SV365 軟件進(jìn)行本次地籍圖的采集作業(yè)。首先是對(duì)輸出的成果進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將模型成果和元數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入SV365 軟件中,軟件將其轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的格式并自動(dòng)進(jìn)行加載。手動(dòng)加載正射影像,選擇對(duì)應(yīng)圖層下的命令,進(jìn)行地籍圖的采集。主要采集的對(duì)象是宗地的界址點(diǎn)和房屋的界址點(diǎn),并根據(jù)模型,結(jié)合實(shí)際情況,對(duì)宗地和房屋的范圍線進(jìn)行繪制。在采集的時(shí)候,通過查看模型和原片的方式,對(duì)采集對(duì)象的屬性進(jìn)行錄入,這樣可以減少后期的工作量,采集完成后,將成果導(dǎo)出為DWG 格式,并導(dǎo)入平板,用于外業(yè)的調(diào)繪和完善。利用CASS 打開采集的地籍圖成果,和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比,將不正確的屬性進(jìn)行修改,將遺漏掉的部分進(jìn)行補(bǔ)測(cè),最后和內(nèi)業(yè)的成果進(jìn)行匯總整理,得到最終的地籍圖成果。

3 精度統(tǒng)計(jì)與評(píng)定

對(duì)采集的24 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)精度進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1,表中單位為cm。

表1 檢測(cè)點(diǎn)精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

利用同精度中誤差計(jì)算公式可知[8],本次檢測(cè)點(diǎn)的中誤差為4.0cm,可以滿足地籍精度要求。將模型上采集的距離和鋼尺外業(yè)采集的距離進(jìn)行比對(duì),得到表2 的結(jié)果,表中單位為cm。

由表2 可知,本次18 條檢測(cè)邊精度均合格,表明本次采集的地籍圖成果精度是符合要求的,該成果可以直接用于地籍圖測(cè)繪。

表2 距離精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

結(jié)束語

本文以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例,對(duì)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析,從航攝前的相關(guān)準(zhǔn)備、航攝作業(yè)、航攝成果的內(nèi)業(yè)處理到地籍圖的采集制作,通過外業(yè)采集的特征點(diǎn)和量測(cè)的建構(gòu)筑物距離,對(duì)其精度進(jìn)行了檢核。結(jié)果表明,本次的案例精度可以滿足地籍測(cè)繪精度要求,也可以為同類型地籍測(cè)繪提供有效參考。