倾斜摄影技术在不动产项目中的应用研究

张亚国

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

不动产测绘，是一项利国利民的任务，不动产成果，与人们的切身利益息息相关。传统不动产测绘，主要使用的是全站仪、GPS-RTK、钢尺等进行点位坐标的采集和边长距离的测量。全站仪采集，需要架设站点和待测目标点通视，否则无法进行点位的采集，通过采集相关点位，进行交汇出无法直接采集的点位[1-2]。利用GPS-RTK 可以在不通视的条件下完成点位的采集，但是要求是固定解，在农村地区，由于山高林密，很多地区可以搜索到的卫星并不多，因此在实际作业中，很难得到固定解，即使可以得到固定解，但是也需要较多时间，严重影响作业效率[3]。利用钢尺进行边长距离的测量，由于待测两点之间可能并不是直线，因此会存在量测距离比实际距离大的现象，且对于边长较长的待量测线段，由于多次量测，使得误差累积，精度随着距离增大而降低[4-5]。无人机技术是近年来迅速发展起来的一项技术，本文在分析了倾斜摄影的整个作业流程后，提出采用倾斜摄影的方式进行地籍图的生产。首先对倾斜摄影的技术和作业流程进行介绍，其次分析了倾斜摄影测量中的关键技术，然后以实际生产项目为例，对任务区内外业作业流程进行说明，最后利用检测点和检测边对地籍图成果精度进行检测，结果表明：采用本文的方法生产的地籍图，其点位精度和边长精度均可以满足地籍精度要求，为不动产测绘提供了一种高效率、短周期、低成本、低风险的作业方式。

1 倾斜摄影技术

1.1 倾斜摄影测量技术

“倾斜摄影”一词，主要来源于其搭载的航摄仪。传统的摄影测量被称为垂直摄影，主要是因为其搭载的航摄仪只有一个，且其在作业时，始终尽可能与地面垂直，即使由于姿态问题，实际采集数据的过程中，并不能完全与地面垂直，但是也是在一个很小的角度要求下的，否则采集的影像成果是不可以被使用的[6]。而倾斜摄影，其搭载的航摄仪较多，通常可见的有两镜头、三镜头、五镜头等，两镜头没有下视镜头；三镜头由1 个下视镜头和2 个侧视镜头组成；5 镜头由1 个下视镜头和4 个侧视镜头组成。以5 镜头为例，其下视镜头垂直地面采集影像数据，其主要采集的是建构筑物顶部信息和地面信息；其侧视镜头主要采集的是建构筑物侧面信息和地面信息。这种组合，不但可以获得建构筑物顶部信息和地面信息，而且可以获得丰富的建构筑物侧面信息。由于镜头多，角度多，且飞行采集数据时，其重叠度较垂直摄影方式更高，所以获得了更多可靠的有用信息，减少了视角盲区，增加了可用信息。

倾斜摄影方式的精度主要在于空三解算，而更加丰富可靠的建构筑物信息，为空三解算精度的提升奠定了基础。基于多视影像匹配算法，结合光束法约束平差，可以得到高精度的空三加密成果，为后续各种测绘产品精度满足项目需求提供了保障。

1.2 倾斜摄影建模流程

倾斜摄影建模整个流程大致可以分为两部分：外业数据采集和内业影像解算建模，其具体作业流程如图1 所示。

图1 倾斜摄影建模流程

2 倾斜摄影关键技术分析

倾斜摄影较传统的垂直摄影来说，主要存在以下几方面的关键技术。

2.1 数据冗余度高。垂直摄影，搭载的是一个摄影仪，且作业时，其旁向、航向重叠度均较小。而倾斜摄影，其数据冗余度高，主要是因为搭载的航摄仪多，且航向、旁向重叠度高，一般均在80%以上，这导致了数据冗余大幅度提升。数据量直接影响的是数据解算所需的时间和准确度，为了提升数据的解算效率，减少解算数据所需的时间，同时提高数据的解算准确度，需要对数据进行处理。

结合航摄仪和飞机轨迹之间的相互关系，利用任务区范围线套合，剔除范围线以外的影像，通过人机交互的方式，剔除POS 在任务线内，但所拍影像为任务线外的影像，这样就可以剔除无用影像，缩短数据解算时间。边缘影像，一般重叠度较低，参与空三的解算，可能会使得空三解算精度降低。因此，剔除边缘影像，不但可以缩短空三解算时长，而且一定程度上还可以提高空三解算的精度。

2.2 POS 和影像不对应。在垂直摄影过程中，POS 和影像是一一对应的，然而在倾斜摄影中，这种对应关系仅存在于下视镜头，侧视镜头使用的POS 数据，都是用下视镜头的POS 来代替的。对于高精度数据解算来说，这种方式会使得空三解算精度降低。侧视镜头由于与下视镜头存在一个很大的固定角度，这使得侧视镜头影像畸变增大，对于目前的算法来说，都是以垂直地面为标准进行算法编程的，并不太适合这种大畸变、大角度影像的解算，这也是倾斜摄影空三常出现分层、弯曲的原因所在。因此提高侧视镜头的POS 精度，可以更准确还原采集影像时的外方位线元素和角元素，会更有利于空三的解算。

相机在组装时，其彼此之间的参数是已知的，即平台检校参数是已知的，这样就可以利用这个参数来对POS 数据进行解算。通过分析航飞轨迹和平台检校参数、影像之间的关系，利用C++语言编写程序，对侧视POS 数据进行解算，得到高精度的侧视镜头外方位元素，使得POS 和影像具有准确的对应关系。

3 案例分析

本次实验区位于甘肃省定西市某村，测区范围约1km2，房屋主要以砖混低层为主，分布不均匀，高大树木较少，测区内地势平坦，高差约为10 米，可以实现无人机低空作业。

3.1 控制测量

为了提高控制点的转刺精度，本次作业控制点均采用油漆喷涂的方式进行，检测点均采集房角点、围墙等特征点。按照150 米的密度均匀布设控制点45 个，随机均匀采集检测点30 个，检测边25 条。使用GPS-RTK，在固定解时进行点位的采集，每个点位采集3 次，每次平面、高程较差均在1cm内，然后取3 次采集坐标的平均值作为最终的测量成果。用10 米钢尺量测25 条边长，其中有5 条边长大于10 米，在钢尺测量的时候，续着测了2 次才完成。本次外业采用红白色油漆进行对三角靶标喷涂，三角形边长为60cm，具体喷涂如图2 所示。

图2 控制点外业喷涂靶标

3.2 航线规划和影像数据采集

在对测区勘察和分析后，决定采用倾斜摄影技术进行不动产测绘成果的制作。首先按照地面分辨率为1.3cm 的标准进行航线规划，选择CCD 大小为0.00625mm，下视镜头为35mm，侧视镜头为50mm 的5 镜头相机进行影像数据的采集。按照航向、旁向重叠度均为80%进行航线规划。结合六旋翼无人机续航时长，本次共划分2 架次，在符合影像数据采集的状况下，对任务区进行影像数据的采集，2 架次共采集影像数据14505 张。

通过人机交互的方式，对影像成果质量进行检查，影像对比度明显，无模糊、无重影问题，影像视觉质量符合要求。利用质检软件，对下视镜头影像进行检查，旁向重叠度最小为75%，航向重叠度最小为77%，重叠度符合设计要求，本次采集的影像数据质量合格，可以进行后续数据的解算和建模。

3.3 影像预处理

主要是解决影像冗余问题和POS 与影像不对应问题。通过人机交互的方式，2 架次共剔除无效影像2351 张，这些剔除的影像，是对后期模型成果没影响的，只是参与空三的解算，因此剔除是可行的。结合平台检校参数，以下视镜头为标准，用C++开发的程序对侧视镜头POS 数据进行解算，得到唯一高精度的POS 数据。

3.4 空三加密及平差

本次测试采用ContextCapture Center 软件。新建工程，导入影像数据、POS 数据和完善相机参数，设置工程路径和任务执行路径，提交空三任务。待空三解算完成后，通过人机交互方式查看，空三成果无弯曲、分层现象，查看加密报告，加密点重投影中误差为0.61 个像元，符合规范要求的0.8 个像素。设置坐标系，导入控制点，进行控制点的转刺，转刺完所有的控制点后，提交平差任务，完成空三平差解算。查看加密报告，所有控制点中平面误差最大的为0.021 米，高程误差最大的为0.013 米，平面位置中误差为0.008 米，高程中误差为0.007 米，平差精度符合规范要求成果可以直接用于后续的三维建模。空三加密的具体流程如图3 所示。

图3 空三加密流程图

3.5 三维建模

结合后期不动产测图要求和电脑配置，按照水平规则格网切块的方式进行瓦片划分，建模所需内存大小设置不超过集群电脑中最小内存的1/2，平面简化设置为“0 米”，尽可能保留建构筑物棱角边缘的完整性。选择输出模型格式为OSGB，该格式具有多层级金字塔，在浏览和测图中都比较流畅，有助于测图效率的提高，三维建模具体流程如图4 所示。

图4 三维建模具体流程

3.6 地籍图制作

基于实景三维模型测图，也被称为裸眼测图，是一种直接在实景模型上测图的作业方式。本次地籍图生产，选择清华山维的EPS 软件。首先加载元数据和Data 文件，自动生成EPS 可识别的索引文件，然后加载索引文件，调整角度，进行地籍图的测绘。规则四边形房屋，在采集时，可以利用EPS中的五点房功能，该工具可以快速对这种四边规则房屋进行采集，并在闭合后完成属性的录入。不规则房屋和围墙等，选择对应的工具进行采集即可。因为实景三维模型支持360 度浏览，所以在采集的过程中，对屋檐等，通过不同的视角一次性进行了改正，后续不需要外业采集坐标进行改正。对于模型变形无法准确采集的和部分属性，需要外业进行补充采集和完善相关属性，具体作业流程如图5 所示。

图5 地籍图制作流程

4 精度评定

精度检查主要看点位精度和边长精度。将30 个检测点导入EPS 中，通过双击定位的方式，快速找到实际点位，并和地籍图上的点位进行求差计算，得出在平面和高程方向上的残差值，具体统计见表1（表中统计数值单位为cm）。

表1 点位精度统计表

由表1 可知，30 个检测点中，平面位置最大残差为0.081 米，高程最大残差为0.061 米。按照同精度中误差公式计算[7-8]，30 个点的平面位置中误差为0.034 米，精度满足地籍规范要求。

同样的方法，对25 条边长精度进行检测，检测结果见表2（表中统计数值单位为cm）。

表2 边长精度统计表

由表2 可知，25 条边长检测中，残差最大为0.101 米，平均残差为0.061 米，成果精度满足地籍规范要求。

5 结论

本文在分析了传统地籍图方法生产的优缺点后，提出基于倾斜摄影技术进行地籍图生产的方案，对倾斜摄影中的关键技术进行了分析，给出切实可行的优化方案。并采用实际项目对本文提出的方案进行验证，结果表明：按照本文的作业流程生产的地籍图成果精度可以满足地籍规范要求，且较传统作业方式来说，风险低、成本低、效率高，可以为不动产地籍图测绘提供有效参考。