基于低空傾斜攝影測量技術(shù)的農(nóng)村房地一體測繪應(yīng)用及精度評定

尚 陽

（四川博達(dá)建筑勘察設(shè)計有限公司，四川內(nèi)江 641000）

農(nóng)村房地一體產(chǎn)權(quán)登記工作是我國振興農(nóng)村發(fā)展戰(zhàn)略，是加快城鄉(xiāng)融合發(fā)展的一項(xiàng)重要舉措。農(nóng)村宅基地調(diào)查遵循“權(quán)屬合法、界址清楚”等標(biāo)準(zhǔn)，以不動產(chǎn)單元為基本測量單元，查清或復(fù)測集體建設(shè)用地、農(nóng)村宅基地以及地籍測量成果，確保其真實(shí)準(zhǔn)確，對地上房屋進(jìn)行權(quán)屬調(diào)查和測量，登記農(nóng)村房地一體權(quán)籍調(diào)查數(shù)據(jù)庫，滿足不動產(chǎn)登記工作的需求[1]。傳統(tǒng)的地籍測量采用全站儀、RTK以及CORS系統(tǒng)開展點(diǎn)位觀測，通過大量的外業(yè)工作獲取界址點(diǎn)數(shù)據(jù)，人工完成數(shù)據(jù)整理[2]。傳統(tǒng)測量方法的精度較高，但工作效率較低，需要大量的人力、物力成本，周期較長，出現(xiàn)錯誤時需要外業(yè)返工，工作量大[3]。隨著無人機(jī)攝影測量技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，無人機(jī)攝影測量技術(shù)在測繪領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，消費(fèi)級無人機(jī)也能夠滿足大部分傳統(tǒng)測量工作精度的要求。測繪過程中，在無人機(jī)上搭載多臺相機(jī)，同時從五個方向采集影像，獲取地面影像的數(shù)據(jù)，利用專業(yè)的軟件配合計算機(jī)的高速處理性能，快速建立實(shí)景三維[4]，可以快速獲取地面建筑物的外觀位置以及高程等屬性，實(shí)現(xiàn)地籍調(diào)查測繪產(chǎn)品的快速生成。文章將傾斜測繪技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村房地一體測繪，為相關(guān)工作發(fā)展提供參考。

1 傾斜攝影測量技術(shù)

1.1 傾斜攝影測量系統(tǒng)組成

傾斜攝影系統(tǒng)主要由地面影像采集設(shè)備和影像數(shù)據(jù)處理軟件組成，影像采集設(shè)備主要包括相機(jī)、飛行系統(tǒng)以及航向規(guī)劃軟件[5]。

傾斜攝影測繪系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。

圖1 傾斜攝影測繪系統(tǒng)的基本組成

無人機(jī)飛行系統(tǒng)最重要的組成部分為飛行控制系統(tǒng)，由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（IMU）、氣壓傳感器以及GPS定位系統(tǒng)等多項(xiàng)測量工具組成，能夠在相機(jī)高速曝光時準(zhǔn)確快速地記錄像片瞬時位置和拍攝姿態(tài)[6]。傾斜攝影測量的相機(jī)一般由五個鏡頭組成，能夠采集地物的正射影像和地物側(cè)面的相關(guān)信息。

1.2 傾斜攝影測量建模方法

無人機(jī)進(jìn)行攝影測量工作時，采用來回航線的方式，五個鏡頭同時拍攝垂直方向和四個傾斜方向。垂直鏡頭沿著規(guī)劃航線拍攝正射影像，在拍攝影像時保持一定的照片重疊度，包括航向重疊率和旁向重疊率，保證同一地物在三張及以上照片中存在[7]。照片曝光的瞬間，IMU和GPS系統(tǒng)記錄曝光的位置和像片的傾斜姿態(tài)，通過計算機(jī)處理軟件，高速解算數(shù)據(jù)，通過影像自動匹配和不同像片上同名點(diǎn)的自動識別[8]，利用空中解析三角攝影測量的基本原理，計算獲取像片中地物在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的三維坐標(biāo)，通過軟件自動匹配算法使用拍攝獲取的紋理構(gòu)建地面建筑物的三角網(wǎng)模型雛形，在三角網(wǎng)上進(jìn)行紋理粘貼，生成地面地物的三維模型。

2 試驗(yàn)區(qū)實(shí)例分析

文章將四川省內(nèi)江市某地房地一體化項(xiàng)目作為試點(diǎn)區(qū)域，采用無人機(jī)傾斜攝影測量構(gòu)建房屋三維模型。試點(diǎn)區(qū)域選取的村落基本為平地，所有區(qū)域高差最大為15 m，主要地物為一層房屋、村中街道、樹木、田地以及湖水池塘等地物，整個測區(qū)測量空域內(nèi)很安全，無任何危險源。無人機(jī)采用飛馬D200四旋翼，搭載DOP400 5個鏡頭的傾斜攝影相機(jī)。

無人機(jī)具體參數(shù)如表1所示。

表1 無人機(jī)具體參數(shù)

測區(qū)內(nèi)，采用本地CORS系統(tǒng)配合全站儀進(jìn)行控制點(diǎn)測設(shè)，用于三維模型精度的監(jiān)測，控制點(diǎn)的布設(shè)采用人工噴涂的方式進(jìn)行點(diǎn)位設(shè)置，控制點(diǎn)分布均勻，主要分布于道路十字路口以及空場地等區(qū)域。

2.1 航線布設(shè)

無人機(jī)飛行高度為150 m，地面分辨率為0.5 m，像片的航行重疊率[9]為85%，旁向重疊率為75%，在測區(qū)邊緣，為保證測區(qū)全部在觀測范圍內(nèi)，外擴(kuò)飛行航線，實(shí)際飛行覆蓋范圍約為0.35 km2，共計拍攝像片6 028張，像片清晰、質(zhì)量較高，滿足建模需求。

無人機(jī)航線規(guī)劃如圖2所示。

圖2 無人機(jī)航線規(guī)劃

2.2 模型建立

模型建立需要經(jīng)過空三加密、聯(lián)合平差、多視影像匹配、DSM生成、正射糾正以及三維建模等過程。

傾斜攝影測量三維模型建立主要流程如圖3所示。

圖3 傾斜攝影測量三維模型建立主要流程

采用Contextcapture Center軟件進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的處理工作，通過計算機(jī)的影像匹配技術(shù)進(jìn)行多視影像的坐標(biāo)點(diǎn)鏈接，采用核線約束法進(jìn)行匹配點(diǎn)的粗差提取，利用最小二乘法進(jìn)行同名點(diǎn)的匹配，提高匹配精度，結(jié)合外業(yè)控制測量獲取的控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行空三數(shù)據(jù)解算，對獲取的照片進(jìn)行整體平差。

整個數(shù)據(jù)解算過程約4 h，未出現(xiàn)因像片質(zhì)量問題造成的分層現(xiàn)象。使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)模型，提出存在明顯錯位的飛點(diǎn)，通過軟件的紋理自動映射，將房屋的貼片信息自動粘貼到影像中，構(gòu)建三維模型的真實(shí)紋理。

三維模型建立效果如圖4所示。

圖4 三維模型建立效果

3 精度分析

3.1 房地一體精度要求

解析界址點(diǎn)（房角點(diǎn)）精度如表2所示。

表2 解析界址點(diǎn)（房角點(diǎn)）精度

根據(jù)地籍測量相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過傳統(tǒng)解析法獲取的房屋界址點(diǎn)坐標(biāo)和房屋角點(diǎn)坐標(biāo)相關(guān)精度。

3.2 三維模型精度分析

房地一體測量主要通過界址點(diǎn)坐標(biāo)誤差判斷測量精度，采用CORS和全站儀直接獲取測區(qū)內(nèi)15個界址點(diǎn)的坐標(biāo)值，在三維模型中選取同名點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)值提取，對二者進(jìn)行對比分析。

三維模型點(diǎn)位對比如表3所示。

表3 三維模型點(diǎn)位對比

由表3可知，16個監(jiān)測點(diǎn)中，3個點(diǎn)的中誤差大于0.05 m，但小于2倍中誤差，表明坐標(biāo)中誤差在限差范圍內(nèi)，橫縱坐標(biāo)的坐標(biāo)值均在限差范圍內(nèi)，對比數(shù)據(jù)表明，傾斜攝影測量獲取的三維數(shù)據(jù)滿足房地一體測量精度要求。

3.3 測量應(yīng)用

針對村莊內(nèi)存在多層形狀怪異的房屋，采用測量三維模型最外圍房屋邊線的方式，對房屋外圍邊線進(jìn)行裁減，保證測量精度的可靠性。無人居住、連垛墻、房屋角落水等實(shí)地測量困難的房屋，可以通過三維模型直接內(nèi)業(yè)獲取測量數(shù)據(jù)。主房的附屬房屋可以采用公共邊的方式使其存在拓?fù)潢P(guān)系。

4 結(jié)語

采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房地一體測量工作中代替?zhèn)鹘y(tǒng)測量方法，可以減少外業(yè)工作量，將大量的外業(yè)工作量轉(zhuǎn)化為全自動生產(chǎn)的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理過程，通過內(nèi)業(yè)工作的方式節(jié)省人力、物力。通過試驗(yàn)可知，無人機(jī)傾斜攝影測量建立的三維模型滿足地籍測量精度要求，可以解決傳統(tǒng)測量在房地測量中的薄弱環(huán)節(jié)，如多層形狀怪異房屋、落水房屋以及房屋內(nèi)部附屬等。