无人机倾斜摄影测量在地籍测绘项目中的应用

魏光勇

(中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队,宁夏 银川750001)

传统地籍测绘采用全站仪、GPS-RTK等设备，虽然可以获得高精度的测绘成果，但是效率低、长期外业风险高、入户困难。为了解决以上面临的问题，可采用垂直摄影，基于虚拟环境下的立体像对对房屋进行采集，但是屋檐改正无法实现，且通过实践证明，此种方法生产的地籍图成果精度达不到规范要求。但是“农村房地一体项目”、“美丽乡村建设项目”等大型惠民项目工作量大、工期紧、质量要求高，寻求一种高效的生产作业方式迫在眉睫[1]。无人机倾斜摄影技术是一项新的测绘技术，它和传统的垂直摄影相比较，增加了多个侧视相机，正好可以解决屋檐改正等问题，且多角度对同一地物进行拍摄，增加了地物信息的冗余度，有利于剔除不靠谱的加密点，提升空中三角测量的精度[2-3]。鉴于此，本文以某一任务区地籍测绘项目为例，对测区进行像控点布设与采集，利用地面站软件完成航线的规划与影像数据采集，通过预处理、空三加密、实景三维模型生产等环节完成影像数据建模[4-5]。利用专业的裸眼测图软件进行地籍图的采集与编辑，利用全站仪采集的检测点，按照高精度中误差计算公式计算检测点中误差，结果表明，本文提到的作业方法生产的地籍图可以满足地籍测绘规范要求的精度，可作为生产地籍图成果的主要作业方式，也可有效提高作业效率，减少潜在的风险，节约成本，缩短工期。

1 倾斜摄影技术简介

传统的倾斜摄影是通过有人机搭载多视角航摄仪进行作业，但是这种设备成本高，对飞行场地等外界环境要求高，不便于大面积的推广应用。随着无人机技术的迅速发展与相机CCD成本的降低、分辨率的提高，加之摄影测量软件算法的不断优化，特别是多视影像密集匹配算法的完善，让倾斜摄影技术设备价格大幅度降低，成为普通测绘单位可以接受的产品。无人机倾斜摄影测量，是指无人机搭载多个非量测数码相机，对地面物体进行多角度摄影航拍，利用专业数据处理软件，加上采集的像控点坐标成果，将航摄影像转为高精度的、具有可量测性的实景三维模型。在建模的过程中，主要涉及的关键环节有空中三角测量和三维模型生产，具体建模流程见图1。

2 生产软件介绍

2.1 Context Capture建模软件

Context Capture是本特利的一款自动化建模软件，具有高精度、高效率、高质量的特点，是目前使用最多的一款软件，但是软件的空三解算通过率较低，本文在这方面也做了优化，可以提高空三解算的成功率，提升空三的质量。

2.2 EPS测图软件

EPS测图软件是北京清华三维推出的一款综合性的地理信息系统平台，带有多个模块，也是目前市面上裸眼采集软件里应用最多，最成熟的一款软件，本文主要用了其中的三维测图模块和房地一体模块。

3 项目验证

3.1 像控点测量

根据任务区范围线和地形，按照150米间距均匀布设像控点，并利用油漆进行喷涂，利用GPS-RTK采集喷涂点位的坐标值，每个点至少采集三次，成果取三次的平均值，且三次采集坐标值要求在2公分以内。图2为像控点点位设计图和实地喷涂采集点位图。

3.2 测区影像获取

对任务区进行航线规划并进行倾斜影像数据采集。航向、旁向重叠度按照85%进行设置，地面采样分辨率按照0.015 米设置，完成设置任务后，提交任务，组装检查无人机并开始按照规划好的航线完成影像数据的采集。

3.3 数据预处理

对航摄成果进行整理，删除无效的影像和POS数据，对影像利用重命名软件进行批量更名操作，用Photoshop软件对原始影像进行调色匀光匀色处理，提升影像的质量，有利于空三的顺利解算。

3.4 相机参数优化

针对Context Capture软件空三解算成功率低这个问题，先每个镜头选取100张影像，这100张影像POS坐标是相同的，用这5镜头共500张影像进行空中三角测量解算，获得精确的5个相机的相机参数，然后将这些相机参数导出opt保存。将任务区所有影像加载到工程中，并导入POS和优化后的相机参数，工程创建完成。

3.5 空中三角测量

提交空三任务，利用多视空中三角测量技术和低精度POS，完成复杂关系下的特征点提取与基于POS的平差调整。空三一次性完成，选择坐标系，导入像控点成果并完成像控点的转刺。再次提交平差任务，将虚拟坐标系转到像控点坐标系下，完成带像控点的平差，结合平差报告查验空三成果的可用性，成果可用。空中三角测量涉及到的主要有影像金字塔的创建、特征点的检测与提取、特征点的匹配与调整。

3.6 三维模型生产

空三完成后，提交建模任务，设置空间框架坐标系为像控点对应坐标系，切块模式选择“规则平面格网切块”，瓦片大小依据测试电脑的内存来设定，本次测试电脑内存为128G，瓦片设置为150*150米，大小为62G，可以满足要求。针对地籍项目，需要尽可能保留建筑物结构，将处理设置下的“几何简化”，设置为“平面”，容差改为0米。提交新的生产项目，选择三维网格，模型格式选择OSGB，空间参考系统保持和像控点的一致，导入任务区范围线，完成三维模型的生产。三维模型生产中的主要步骤有多视影像密集匹配、三角网构建与调整、白膜生产、LOD纹理影像金字塔的创建和纹理映射贴图，模型格式转换输出。

3.7 地籍图制作

利用清华三维EPS软件，对生成的实景三维模型进行裸眼采集。首先将实景三维模型进行转换，得到EPS能够识别的dsm成果，然后加载模型成果，导入正射影像和任务区范围线，调整任务区范围线高度，使之与模型贴合，最后选择不同图层下的不同命令，完成地籍图成果的采集与编辑，采集的地籍图成果见图3。

图3 基于模型采集的地籍图

4 精度检测与评定

利用全站仪采集15个房角点，将采集的坐标与地籍图上对应的坐标进行比对，得到每个检测点在X方向和Y方向上的残差，残差单位为米，横轴代表检测点号，纵轴代表残差值得绝对值，如图4所示。

图4

利用高精度中误差计算公式，对15个检测点的中误差进行计算，得到本次拟实验区域检测点的平面中误差为0.044 米，可以满足地籍一级精度要求[6]，说明本文的方法可以用来实现地籍图的采集。

5 结论

对基于倾斜摄影建模的流程进行了说明，并以实际项目为例，对生产流程中的关键环节进行了讲解，利用全站仪采集检测点，对生产的地籍图精度进行了检测与评定，得到基于倾斜摄影可以完成地籍图测绘任务，具有一定的实用性，可为同行从业人员提供有效借鉴。