倾斜摄影技术在不动产项目中的应用研究

◇三和数码测绘地理信息技术有限公司 孙康宁

本文提出基于倾斜摄影进行不动产地籍图的生产，将外业航飞影像数据进行自动化建模，然后基于模型进行地籍图生产，并以实际生产项目为例，对该方式生产的地籍图精度进行检测。结果表明：本方法生产的地籍图精度平面点位中误差可以达到3.5cm，精度可以满足地籍规范二级精度要求，可以用此作业流程进行地籍图的生产。

传统不动产测绘，主要工作量在于测，其主要使用GPS-RTK、全站仪、钢尺等设备，进行房屋、宗地坐标点和距离的量测[1-2]。这种方式需要的作业员多，且主要是在外业进行实地测量，因此其生产作业效率低、生产成本也高，而且劳动强度也大。随着无人机技术的发展，其逐步在取代传统的作业方式[3-4]。基于垂直摄影测量进行航空摄影，然后生产数字正射影像，基于数字正射影像进行土地地块的矢量化，将矢量化成果套合在正射影像上，生产工作底图和公示图，这种方式在农村土地承包经营权中被广泛使用，且取得了较好的效果。但是传统的方法，无法满足地籍图精度要求，因为传统的摄影方式搭载的是单镜头，获取的是垂直摄影的影像，盲区太多，且分辨率达不到要求[5-7]。倾斜摄影较垂直摄影来说，其搭载的相机更多，获取的影像角度更全面，作业过程中，可以低空飞行，获取的影像分辨率更高，这都为后期成果用于地籍图测绘提供了保障。本文分析了倾斜摄影的特点，并将倾斜摄影技术运用到地籍图生产项目上来，通过实际项目验证了倾斜摄影技术生产地籍图的可行性，为地籍图生产提供新的作业模式。

1 倾斜摄影技术

倾斜摄影技术是一种新型的航空摄影技术，其特点是搭载多镜头航摄仪，可以进行低空作业，在影像数据采集过程中，飞控可以控制多个航摄仪同时拍照。目前组合的多镜头航摄仪，其记录POS都是记录的下视镜头的，并没有对侧视镜头进行记录。常见的多镜头组合主要有摇摆2镜头、3镜头、5镜头等，其中以5镜头使用最多。5镜头由1个垂直镜头和4个侧视镜头组成，垂直镜头主要获取建构筑物顶部的纹理信息，侧视镜头从多个角度获取建构筑物侧面的纹理信息。由于可以获取侧面纹理信息，减少了侧视角度的视角盲区，因此后期模型重建的时候，才能准确建出建构筑物的侧面结构，这样一来，屋檐改正也有了保障。

倾斜摄影由多镜头组成，这样获取的影像分辨率差异是较大的。针对这种问题，结合焦距、像元大小、航高和地面影像分辨率之间的关系，让侧视镜头焦距比下视镜头焦距长即可。以侧视镜头夹角为45度来算的话，其是下视镜头焦距的1.4倍即可。倾斜摄影建模主要分为两部分，一部分是外业数据的获取，另一部分是内业数据的加工处理。外业主要包括航飞前的测区勘察、已有资料收集、航线规划、空域申请、控制测量和航飞作业；内业主要包括航飞成果预处理、空三解算、控制点转刺及平差和三维重建，具体流程见图1所示。

图1 倾斜摄影建模流程

2 案例分析

房地一体项目主要对象是农村房屋，农村一般空域没有特殊限制，但是农村房屋分布无规律，大多数都是因地制宜，有的分散稀疏，有的密集。本次测试，以甘肃定西市某一农村房屋为研究对象，通过从航飞到建模、再到地籍图生产，全套流程进行说明。

（1）测区勘察和已有资料收集。通过对任务区进行勘察，可知任务区不在管控区，可以在确保安全时进行航飞，可不申请空域。已有资料为2019年0.2米影像，可作为工作底图和路线图使用。测区内房屋分散较密集，普遍以一层两层建筑为主，无高层房屋，测区内高差约10米。

（2）航线规划。结合勘察得到的信息，选择相机下视镜头为35mm，侧视镜头为50mm，像元大小为6.4um，地面采样分辨率为1.3cm，航飞高度为73米。结合任务区面积，选择SH-30X型号飞机进行航摄影像采集。设置航向重叠度为85%，旁向重叠度为80%，通过规划，可一个架次完成影像数据的采集，共规划得到POS点2421个。

（3）控制测量。本次控制点测量使用的设备是GPSRTK，采集的成果平面坐标系统为CGCS2000，高程坐标系统要求为85高，在实际采集时，按照大地高采集，然后对点位进行拟合解算，得到每个点位的85高。首先，距离任务区1km处有一个四等控制点，首先对该点进行坐标采集，和已知坐标值进行比对，平面和高程较差均在1cm内，说明仪器上参数设置没问题，采集方法正确。然后按照150米左右的间距，均匀布设并采集点位。对于可以采用油漆喷涂的，直接采用红白油漆喷涂对三角，然后对点位坐标进行采集。对于不让使用油漆喷涂的点位，用做好的靶标放到合适的位置，然后在航飞前和航飞后各采集一次坐标，确保点位未被移动。点位喷涂时，要求周围视野开阔，45度角上空无遮挡，这样确保侧视镜头的照片在后期进行点位转刺时，其点位是不被遮挡的。采集时，要求必须是固定解时才可以进行采集，每个点位采集3次，然后取平均值作为最终的坐标值，并对其实际位置进行多角度、远近距离的拍照，便于内业进行点位的判定。本次作业中，共采集控制点38个。对于精度薄弱区域，直接采集房角点等位置的坐标值，用于后续地籍图精度的检测，本次共采集26个检测点。

（4）航飞作业。在确保航摄安全，且太阳高度角合适，天气明亮时进行作业，这样既可以保证所采集影像阴影遮挡少，且能保证影像对比度明显，视觉质量好。在完成航飞前的一些列安全检查后，无人机升空进行影像数据的采集。在采集影像的过程中，通过地面站时刻关注无人机的飞行状态，在完成影像数据的采集后，第一时间完成无人机的安全降落。取出无人机上存储影像的内存卡，导出POS和影像数据，并对影像质量进行人机交互式检查。本次航飞，除地面试拍的无效影像外，共得到有效影像12105张。

（5）数据预处理。通过人机交互的方式查看影像，影像质量可以满足项目需求。利用拖把更名器，对5镜头影像进行重命名，确保参与运算时，影像名字是唯一的。利用POS解算软件，结合5镜头相机安置参数和平台检校参数，以下视镜头对应的POS为基准，对4个侧视相机的POS进行解算，并按照影像命名规则，对对应的POS进行重命名，确保在后续数据解算过程中，影像和POS是一一对应的。

（6）空三解算。本次使用ContextCapture Center（下文简称CC）软件，该软件为美国本特利所有，是目前国内用户最多，市场占有率最高的一款自动化建模软件。新建工程，导入影像数据和POS数据，手动录入每个相机的焦距和传感器大小，然后设置引擎路径，其它各项参数均默认，提交空三任务。待空三解算完成后，采用人机交互方式，对空三成果进行检查，发现在解算过程中，丢掉13张影像，但均为测区边缘影像，不会对后期建模带来影响。空三成果整体符合实际情况，未出现分层、弯曲等现象。由空三报告可知加密点重投影中误差为0.42个像素，符合规范中未超过2/3个像元大小的要求。

（7）控制点转刺及平差。控制点的作用是将空三加密点坐标从相对坐标系下转换到大地测量坐标系下，从而确保最终的成果系统符合作业要求。目前主流的差分技术，可以有效减少控制点数量，但是不能不用控制点，其成果还是要通过少量控制点进行平差校正。首先在CC中选择与控制点对应的坐标系统，然后采用导入文本的形式导入控制点坐标，选中需要转刺的控制点，点击预测的照片，然后将点转刺到影像上。在对点位转刺的过程中，对于位于影像边缘、影像模糊区域、阴影严重覆盖区域的点位不进行转刺，这些区域的加密点精度不高，如果转刺控制点，其点位首先很难准确判断，其次转刺后，可能反而会影响整个空三的精度。位于影像边缘的点位，其影像畸变大，减少边缘区域点位的转刺，可有效提升空三的整体精度。在完成控制点的转刺后，进行平差计算。在提交任务时，需要将加密点选择“保持”，这样只进行平差计算，不再进行空三解算，可有效提升平差效率。目前CC软件使用的平差算法为区域网平差，该算法平差精度高，是目前公认的比较可靠的平差算法之一。待平差结束后，查看其平差报告，控制点的平面点位中误差为0.015米，高程点位中误差未0.018米，平差精度完全满足规范要求，空三成果可以直接用于三维模型的生产。

（8）三维建模。在空三成果的基础上，提交建模任务。设置空间框架，瓦片切块选择水平规则格网切块，瓦片大小设置为100米，平面简化设置为0米，导入任务区范围线，只对任务区内的模型进行生产。选择输出模型格式为OSGB，后续地籍图采集需要此格式，其它选项默认即可，提交建模任务，开启集群电脑的引擎，进行三维模型的生产，生产完模型后，再次提交生产5cm分辨率的真正射影像。

（9）地籍图采集。本次地籍图采集使用清华山维的EPS进行。首先在三维测图模块下，将OSGB格式的模型和XML格式的元数据文件进行加载，然后转成EPS可以识别的DSM数据，然后加载DSM，这样就可以将三维模型加载到EPS中，然后在模型上，利用EPS的不同命令，进行房屋、围墙、门顶等不同建构筑物的采集。加载超大正射影像，将真正射影像加载到EPS中，和采集的地籍图成果进行套合检查，确保采集位置准确，没有遗漏。

3 精度分析与评定

本次精度检测未对空三精度和模型精度进行检测，而是直接对地籍图精度进行检测的。首先将控制点导入到EPS软件中，设置平面和高程的残差值，这样可以直接输出对应的检测报告，26个检测点的残差统计见表1，其中DS代表平面较差，DZ代表高程较差，单位均为cm。

由表1可知，26个检测点中，平面位置残差最大为6.7cm，高程残差最大为6.3cm。按照同精度中误差[8-9]计算方法对表1中的26个点进行计算，其平面点位中误差为3.5cm；按照平均值代替中误差，高程点位中误差为4.8cm，均满足地籍规范要求，表明本文的方法生产的地籍图是可以满足项目需求的。

表1 检测点残差统计表

4 结束语

针对传统方式生产地籍图的缺点，本文提出采用倾斜摄影技术进行建模，然后在三维模型上进行地籍图采集的作业方法，并以实际项目进行验证。通过验证可知，本文的方法生产的地籍图，精度可以满足地籍规范要求，且主要工作量在内业，较传统地籍图生产方式来说，风险低、效率高、成本低，可以为类似项目的开展提供有效借鉴。