無人機傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體項目中的應(yīng)用

李國旗

(山東無形信息技術(shù)有限公司,山東 泰安 271000)

0 引言

傳統(tǒng)的地籍測量是利用全站儀、GPS-RTK、鋼尺等設(shè)備進(jìn)行坐標(biāo)點采集與長度量測,并將其繪制在草圖上,結(jié)合采集的坐標(biāo)點與量測長度,參照草圖,在CASS軟件中進(jìn)行電子圖的繪制。這種作業(yè)方式外業(yè)工作量大,對于房屋長度的量測需要入戶完成,作業(yè)進(jìn)度緩慢,長期外業(yè)風(fēng)險較高,作業(yè)成本高[1-3]。針對這些問題,提出使用傾斜攝影測量方式進(jìn)行地籍圖的生產(chǎn),以實際項目為例,驗證了該作業(yè)方案的可行性。利用外業(yè)采集的特征檢測點,對傾斜攝影方式生產(chǎn)的地籍圖精度進(jìn)行檢測,結(jié)果表明,外業(yè)采集的15個特征檢測點最大平面點位誤差為7.6 cm,中誤差為5.9 cm,滿足地籍圖二級7.5 cm精度要求,可作為一種高效的方式進(jìn)行地籍圖的生產(chǎn)。

傾斜攝影是在飛行器上搭載多臺影像傳感器,從空中對地面進(jìn)行多角度、全方位影像數(shù)據(jù)的獲取[4-6]。目前,常見的飛行器是無人機,而搭載的多臺傳感器主要有5鏡頭、3鏡頭及2鏡頭等。以5鏡頭為例,其由4個側(cè)視相機與1個下視相機組成。側(cè)視相機主要從側(cè)面獲取被攝物體的信息,下視鏡頭則是垂直對地面物體進(jìn)行拍攝,這樣獲取的地物信息更加豐富,盲區(qū)更少[7-8]。5鏡頭相機的下視與側(cè)視夾角通常為45°,在攝影測量中獲取影像的分辨率與航高、焦距等有關(guān)。同款相機,當(dāng)參數(shù)一致時,側(cè)視相機與被攝物體的距離是下視相機的1.4倍,這樣獲取的影像分辨率不一致,不利于數(shù)據(jù)解算。為了獲取的影像分辨率一致,需對下視相機進(jìn)行調(diào)焦,令側(cè)視焦距為下視相機焦距的1.4倍,以獲取相同分辨率的影像。

采用傾斜攝影測量技術(shù)生產(chǎn)地籍圖,主要包括影像數(shù)據(jù)采集、像控點布設(shè)與采集、空中三角測量解算、實景三維模型生產(chǎn)、地籍圖生產(chǎn)等,具體作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 傾斜攝影技術(shù)生產(chǎn)地籍圖的流程

1 案例分析

本次任務(wù)位于某農(nóng)村,該村住戶外出較多,采用傳統(tǒng)方式很難對居民區(qū)內(nèi)的建筑物角點坐標(biāo)值及房屋長度進(jìn)行量測,故決定采用傾斜攝影方式進(jìn)行地籍圖生產(chǎn)。

1.1 影像數(shù)據(jù)獲取

航線規(guī)劃。將任務(wù)區(qū)范圍線坐標(biāo)系統(tǒng)定義合適,轉(zhuǎn)為kml格式導(dǎo)入到航線規(guī)劃軟件中。結(jié)合地形與任務(wù)區(qū)面積,本次作業(yè)選用旋翼無人機。設(shè)置航向、旁向重疊度為85%,高重疊度可有效減少視角盲區(qū),增加可用信息。影像地面采樣分辨率設(shè)置為1.5 cm,航飛下視焦距選擇35 mm,側(cè)視相機選擇50 mm,航高設(shè)置為80 m,這樣可獲取高清晰度的影像。為了保證測區(qū)邊緣模型完整,在航向上外擴(kuò)3個曝光點,在旁向上外擴(kuò)200 m。

影像數(shù)據(jù)采集。完成航線規(guī)劃后,進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的采集。采集前,需對無人機的各項參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢查,檢查各接口是否卡扣牢固,電池電量是否充足,通電并在地面上完成試拍,內(nèi)存卡讀寫數(shù)據(jù)是否正常,POS記錄裝置是否正常。待檢查完成后,確保起飛環(huán)境安全,完成無人機的起飛與影像數(shù)據(jù)采集。采集過程中,需通過地面站觀察無人機的飛行狀態(tài),確保按規(guī)劃好的航線執(zhí)行任務(wù),一旦發(fā)生異常飛行軌跡,需采取有效手段令無人機返航,避免帶來潛在的危險,本次共獲得航攝影像15 850張。

1.2 控制點測量

控制點布設(shè)。將任務(wù)區(qū)范圍線坐標(biāo)系統(tǒng)定義合適,轉(zhuǎn)為kml格式或shp格式,導(dǎo)入到圖新地球軟件中,按照300 m的間距均勻布設(shè)控制點點位,并在精度薄弱區(qū)域布設(shè)15個檢測點。待控制點與檢測點布設(shè)完成后,將其導(dǎo)出為kml格式,發(fā)給外業(yè)控制點測量人員,進(jìn)行控制點數(shù)據(jù)的采集。

控制點采集。將布設(shè)好點位的kml導(dǎo)入到奧維軟件中,在手機端通過導(dǎo)航找到對應(yīng)的控制點點位,進(jìn)行控制點采集。為了有效提升控制點的精度,選擇控制點點位時,采用紅色油漆噴涂L形點位,半徑大小為50 cm,利用GPS-RTK采集L形內(nèi)角點。數(shù)據(jù)采集時,每個點位采集3次,且每次較差誤差均在2 cm內(nèi),最終成果為3次采集坐標(biāo)值的平均值。對現(xiàn)場照片進(jìn)行拍攝,便于內(nèi)業(yè)對點位進(jìn)行快速準(zhǔn)確地判斷。同理,采集15個特征檢測點,對后期成果精度進(jìn)行檢測,檢測點點位主要選擇在房角點上。

1.3 三維模型制作

數(shù)據(jù)預(yù)處理。對影像與POS進(jìn)行重命名,確保后期數(shù)據(jù)導(dǎo)入時POS與影像一一對應(yīng)。本次航攝影像亮度整體較暗,在Photoshop軟件中設(shè)置動作命令,通過調(diào)整亮度、對比度等,對具有代表性的一幅影像進(jìn)行質(zhì)量提升,對剩余的影像按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,進(jìn)行批處理,提升所有影像質(zhì)量。

空三加密與平差。本次作業(yè)選用ContextCapture軟件,導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)與POS數(shù)據(jù),完善相機參數(shù),設(shè)置引擎路徑,提交空三任務(wù),開啟引擎,完成基于POS數(shù)據(jù)的空中三角測量解算。空三解算完成后,采用人機交互的方式,查看得到的空三成果,未出現(xiàn)彎曲、分層問題,加密點重投影中誤差為0.31個像素,精度符合相關(guān)規(guī)范要求。導(dǎo)入控制點并對控制點進(jìn)行轉(zhuǎn)刺,提交平差任務(wù),令控制點參與平差。運行結(jié)束后查看平差報告,所有控制點殘差的最大值與中誤差均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求,空三成果可用。

三維模型生產(chǎn)。結(jié)合電腦配置,瓦片劃分方式選擇規(guī)則平面網(wǎng)格,瓦片大小為100 m,平面簡化設(shè)置為0 m,輸出格式選擇OSGB,影像質(zhì)量設(shè)置為100%,其余參數(shù)默認(rèn),提交三維重建任務(wù)。待所有任務(wù)運行結(jié)束后,得到高質(zhì)量的實景三維模型,部分模型成果如圖2所示。

圖2 部分實景三維模型

1.4 地籍圖制作

地籍圖制作采用清華山維EPS軟件,將生產(chǎn)得到的OSGB模型與對應(yīng)的xml文件導(dǎo)入到EPS軟件中,快速得到DSM數(shù)據(jù),基于DSM數(shù)據(jù)進(jìn)行地籍圖采集。選擇合適的圖層,對建筑物、圍墻等進(jìn)行采集,并將最終成果導(dǎo)出為dwg格式。

2 精度統(tǒng)計與分析

將檢測點導(dǎo)入EPS軟件中,對每個點對應(yīng)的地籍圖成果精度進(jìn)行檢測,統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 地籍圖精度檢測

表1中,DX代表在X方向上的較差,DY代表在Y方向上的較差,DS代表在平面上的較差。通過表1可知,15個檢測點中,平面較差最大的為7.6 cm,以算數(shù)平均值代替中誤差,15個檢測點的中誤差為5.9 cm,精度符合地籍圖規(guī)范要求,說明采集成果質(zhì)量符合地籍圖精度要求,成果質(zhì)量高,可以直接使用。

3 結(jié)束語

為了解決傳統(tǒng)地籍圖測繪效率低、成本高的問題,提出采用傾斜攝影方式進(jìn)行地籍圖制作,以實際項目驗證了本方案的可行性。利用檢測點對地籍圖成果精度進(jìn)行檢測統(tǒng)計,所有檢測點較差均小于《地籍測量規(guī)范》中的相關(guān)指標(biāo),且生產(chǎn)的地籍圖滿足地籍二級精度要求。對于農(nóng)村房地一體項目來說,其精度完全可以滿足項目要求,表明本方案具有一定的實用性。