倾斜摄影测量技术在不动产测绘中的应用研究

陈晓鹏

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院,甘肃 兰州 730000）

不动产测绘一般也称为地籍测绘,其主要内容包括地籍控制测量、界址点测量和地籍图测绘。地籍调查也是地籍中的一个重要内容,主要是对土地及其附着物的位置、权属、数量、质量和利用现状等基本情况进行的技术性工作。地籍调查的程序包括调查准备、调查的组织方案和技术方案、收集资料、外业测量、内业工作、检查验收和成果整理[1-4]。本文重点从传统的外业测量入手,对其作业方案进行优化。传统的地籍测量,是利用全站仪、GPS-RTK、钢尺等测绘设备进行界址点的采集和房屋边长等的测量,这种方法不但作业成本高,而且效率低,外业工作强度高,有必要对其进行优化,提升作业效率、降低生产成本和减轻工作强度[5-6]。笔者深入研究了近年来发展起来的倾斜摄影技术,分析了其作业的优势,提出使用倾斜摄影技术进行不动产测绘。本文通过实际案例,探讨了倾斜摄影的作业流程和注意事项,希望可以为同行提供参考,优化传统的不动产测绘方案。

1 无人机倾斜摄影技术

无人机倾斜摄影技术是指通过航空摄影的方式进行测绘产品的制作,其搭载的航摄仪通常是由多个镜头组成,常见的有2 镜头、3 镜头、5 镜头甚至更多镜头。无人机的续航时间和挂载的相机有直接的关系,从这方面出发,也有人采用单镜头通过多向飞行的方式进行倾斜影像的采集。在多镜头中,5 镜头相机为目前用户最多的,其是由1 个下视和4 个侧视相机组成[7]。下视镜头基本上是与被摄物体垂直的,因此可以认为是垂直于被摄物体,进行顶部信息的采集,但是实际上是中心投影,因此除了影像中心,其余地方都是存在畸变的。5 拼中的相机,侧视镜头与被摄物体一般是45°夹角的关系,是从多个角度获取被摄物体的侧面信息的。在获取相关影像后,结合搭载的定位定姿装备,获取高精度的GPS 数据,然后利用专业的建模软件进行实景三维模型的生产。基于实景三维模型开展一系列测绘产品的生产,这一技术被称为倾斜摄影测量,其作业流程如图1 所示。

图1 倾斜摄影测量流程图

2 案例分析

本次测试区域位于甘肃省兰州市某一村落,该村约有住户150 户,房屋主要以一二层为主,地势平坦,高差较小,采用固定高度飞行,基本可以获取同分辨率影像。房屋分布稀疏,采用倾斜摄影技术,构建的模型精细度好、完整性好,也有利于后期基于模型进行测绘产品的制作,以下是本次进行精度测试的主要环节和具体内容。

2.1 航线规划

为了能够达到地籍精度要求,按照影像分辨率与采集精度之间的关系,本次设计采样分辨率为1.5cm,为了模型足够精细、完整,本次在重叠度设计方面,按照航向、旁向85%进行设置。为了减小畸变投影差,本次选择下视焦距为35mm 的索尼RX1RM2,侧视焦距为50mm的5 拼相机,像幅大小为5304*7952,具体的航线设计参数如图2 所示。

图2 航线参数设计

2.2 控制点喷涂与采集

传统的垂直摄影测量布设控制点时,是要根据航线规律进行布设的,这样才能有效保障布置的点位精度至少有5 度6 度重叠,位于边缘区域的点位至少要达到3度重叠,这样在后期平差时,控制点才可以发挥作用。在倾斜摄影中,不用考虑重叠度,只需根据范围线和点位间距,按照一定的间距均匀布设点位即可。本次作业,在图新地球中,套合卫星影像和范围线,布设点位间距在300 米左右,任务范围线边缘均要布设点位,这样才能保障边缘区域成果的精度。外业将布设好的点位导入奥维手机APP 中,通过导航的方式,对每个点进行喷涂和测量。考虑到航飞地面分辨率和地物图标的关系,本次喷涂的对三角边长为50cm,采用红白油漆进行喷涂,并将点号标注在旁边,具体的喷涂成果如图3 所示。

图3 控制点喷涂图标

在坐标采集时,需通过双手扶杆,待气泡位于中心,且状态为固定解时进行采集。为了减小偶然误差,在采集的过程中,对每个点位均采集了3 次,且彼此之间的误差要求小于1cm,否则视为不合格,需要对该点进行重新测量。在采集坐标时,对控制点的实地情况也进行拍摄,需要有近景和远景照片,远景照片有助于判断方位,快速找到点位的大概位置,近景照片可以反映采集坐标时的位置,有助于提升控制点转刺的精度。

利用GPS-RTK 采集的点作为已知点,将全站仪架设在已知点上进行检测点的采集,检测点主要采集的是特征点,因为采集的地籍图是基于特征点采集的,这样更能说明此方法检测地籍成果精度的可靠性。通过多次假设全站仪,在任务区范围内均匀随机采集检测点24 个,利用钢尺量测宗地边长、房屋边长共计18 条。

2.3 航空摄影

航空摄影主要是获取影像数据,分为航飞准备、航飞作业和降落回收三部分。航飞准备主要包括航飞前的各项设备检查,主要检查内存卡和电池等；航飞作业主要是对影像数据进行获取,在自动获取的同时,需要时刻关注航飞状态,确保航飞是在可控之内的；降落回收主要是对无人机进行安全降落,下载航飞轨迹数据,然后取出内存卡,拷贝所采集的影像数据和下载的POS 数据。

2.4 影像成果质检

首先对影像数据和POS 数据的个数进行检查,在正常作业时,相机曝光一次,就会获得1 张下视影像,记录一个POS 位置。通过检查,本次共获得POS 数据2104个,获得下视影像2104 张,侧视影像8416 张。其次对影像的整体质量进行查看,通过人机交互的方式查看影像,其中部分影像颜色较暗,需进行亮度调整处理。

2.5 空三加密

2.5.1 数据预处理

本次使用航天远景的EPT3.0 软件,对影像的亮度进行调整,亮度调整完成后,对影像名和POS 名进行重置。首先利用拖把更名器,对5 个镜头的影像进行重命名,然后通过5 拼相机安置参数,利用自主开发的软件,以下视镜头POS 为基准,对侧视镜头的POS 数据进行解算,得到每个相机曝光时的实际位置坐标,最后按照5组影像的命名,对POS 分别进行命名,确保照片和POS一一对应且是唯一的。

2.5.2 工程创建和参数完善

本次数据解算使用主流的ContextCapture（下文简称CC）软件,首先新建工程,设置工程名、工程路径、任务提交路径等,然后通过文件夹的形式,一次性加载所有影像数据和POS 数据,最后打开相机检校报告,输入每组相机精确的相机焦距。利用影像检查功能,快速的对工程中的影像进行检查,确保影像无损坏。

2.5.3 空三加密和刺点平差

工程创建完成后,直接提交空三任务,然后开启本机引擎和集群电脑的引擎,通过集群的方式快速进行空三解算处理。空三解算过程涉及到特征点检测、特征点提取、特征点匹配和平差,其中平差是以POS 数据为依据进行的。待自由网空三完成后,将采集的控制点导入软件中,利用Shift 和鼠标左键进行点位的转刺,待所有点位转刺完成后,提交平差任务,进行平差解算。该软件平差方式为局域网平差,该方法平差精度可靠且精度高,平差完成后,对其平差报告进行查看,所有控制点精度均达到了毫米级精度,其平面中误差为0.003 米,高程中误差为0.004 米,匹配的加密点的重投影中误差为0.231个像元大小,小于规范要求的2/3 个像元大小,成果可用。

2.6 三维重建

三维重建主要包括多视影像密集匹配、密集DSM 生成、不规则三角网构建、金字塔创建、纹理映射和优化、模型格式转换输出、成果质检和分析应用等,其具体的流程如图4 所示。

图4 三维重建流程示意图

在CC 软件中进行建模,需要设置的参数如下：（1）设置空间框架坐标系,这里设置的坐标系和控制点以及目标坐标系一致；（2）瓦片相关设置：设置瓦片划分方式为规则平面划分,设置瓦片大小为200*200 米,这样可以充分利用集群电脑的高配资源；（3）原点设置：本次任务区是独立的,因此不需要对瓦片切块原点和模型坐标原点进行设置,按照默认的数值即可；（4）平面简化：为了尽可能保留建构筑物的棱角结构,提高后期点位精度的采集,在这里设置平面简化方数值为0,单位为米；（5）设置输出格式：后期要用于地籍图的采集,目前主流的采集格式均为OSGB,因此这里设置输出格式为OSGB；（6）对原始数据不进行压缩,确保输出的模型质量最高,其余参数默认。设置完成后,提交建模任务,开启集群电脑,联机进行三维模型的重建。重建完成后,对模型的质量进行检查,模型完整、清晰度高、无拉花现象,因此内业基本上可以完成定位和定性的判定。利用CC 自带的浏览软件,将模型打开,然后通过人机交互的方式,用控制点对模型的精度进行检测,最后得到模型精度中误差平面为0.015 米,高程中误差为0.018 米,精度良好,成果可以用于地籍图测绘。

2.7 地籍图采编与调绘

利用浙江迪奥潽的SV365 软件进行本次地籍图的采集作业。首先是对输出的成果进行转换,将模型成果和元数据文件导入SV365 软件中,软件将其转换为可识别的格式并自动进行加载。手动加载正射影像,选择对应图层下的命令,进行地籍图的采集。主要采集的对象是宗地的界址点和房屋的界址点,并根据模型,结合实际情况,对宗地和房屋的范围线进行绘制。在采集的时候,通过查看模型和原片的方式,对采集对象的属性进行录入,这样可以减少后期的工作量,采集完成后,将成果导出为DWG 格式,并导入平板,用于外业的调绘和完善。利用CASS 打开采集的地籍图成果,和现场实际情况进行对比,将不正确的属性进行修改,将遗漏掉的部分进行补测,最后和内业的成果进行汇总整理,得到最终的地籍图成果。

3 精度统计与评定

对采集的24 个检测点精度进行检测统计,统计结果见表1,表中单位为cm。

表1 检测点精度检测统计表

利用同精度中误差计算公式可知[8],本次检测点的中误差为4.0cm,可以满足地籍精度要求。将模型上采集的距离和钢尺外业采集的距离进行比对,得到表2 的结果,表中单位为cm。

由表2 可知,本次18 条检测边精度均合格,表明本次采集的地籍图成果精度是符合要求的,该成果可以直接用于地籍图测绘。

表2 距离精度检测统计表

结束语

本文以实际生产项目为例,对倾斜摄影测量技术在不动产测绘中的应用进行了具体分析,从航摄前的相关准备、航摄作业、航摄成果的内业处理到地籍图的采集制作,通过外业采集的特征点和量测的建构筑物距离,对其精度进行了检核。结果表明,本次的案例精度可以满足地籍测绘精度要求,也可以为同类型地籍测绘提供有效参考。