范彬彬，楊青山，包　琦，許正鵬

(1. 巴音郭楞蒙古自治州國土資源勘測規(guī)劃設(shè)計院，新疆 庫爾勒 841000； 2. 新疆巴州國源測繪規(guī)劃中心，新疆 庫爾勒 841000)

?

村莊地籍調(diào)查中輪臺1∶1000真正射影像生產(chǎn)及其應(yīng)用評估

范彬彬1，楊青山1，包琦2，許正鵬2

(1. 巴音郭楞蒙古自治州國土資源勘測規(guī)劃設(shè)計院，新疆 庫爾勒 841000； 2. 新疆巴州國源測繪規(guī)劃中心，新疆 庫爾勒 841000)

以輪臺縣境內(nèi)具有村莊地籍調(diào)查代表性的哈爾巴格鄉(xiāng)喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村為研究區(qū)，基于數(shù)字表面模型(DSM)，完成真正射糾正，生成真正射影像(TDOM)。生成的真正射影像平面精度可達到0.1 m，優(yōu)于1∶1000數(shù)字線劃圖點位中誤差(0.4 m)的要求；TDOM能夠克服遮擋和傾斜問題，建立完全垂直視角的地表景觀，使建筑物保持垂直視角，避免房屋對其他地表信息的遮擋，恢復(fù)地物的正確方位；將TDOM作為村莊地籍調(diào)查的工作底圖，直接對其進行地物矢量化，可快速準確地完成數(shù)字線劃圖(DLG)的繪制，省去立體測圖的過程，大大降低制圖成本，提高工作效率，在村莊地籍調(diào)查中具有較高的應(yīng)用價值。

地籍調(diào)查；無人機；真正射

一、概　述

1. 項目背景

為全面、準確地查清宗地利用現(xiàn)狀，掌握真實的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立和完善土地調(diào)查、土地統(tǒng)計、土地登記等制度，構(gòu)建完整統(tǒng)一的土地登記體系和地籍管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)地籍資料動態(tài)更新，完善地籍管理制度，需開展村莊地籍調(diào)查工作。開展村莊地籍調(diào)查首先需要1∶1000比例尺的數(shù)字線劃圖(DLG)作為基礎(chǔ)圖件，但是目前需要調(diào)查的村莊大多沒有1∶1000比例尺的DLG。無人機能夠快速高效地獲取航拍數(shù)據(jù)，通過對測區(qū)進行交叉航線飛行，其航拍數(shù)據(jù)可用于制作真正射影像(TDOM)[1]。TDOM相對于普通正射影像無需立體測圖，可在TDOM上直接勾繪生成DLG[2]。如何通過無人機遙感，快速、高效地獲取TDOM，基于TDOM生成村莊地籍調(diào)查所需的1∶1000比例尺的DLG是村莊地籍調(diào)查能否順利實現(xiàn)的關(guān)鍵。因此，為明確TDOM制作的可行性，以及TDOM的效率和精度，本文選擇輪臺縣境內(nèi)哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村為研究對象，開展無人機村莊地籍調(diào)查TDOM制作工作。

2. 項目意義

村莊地籍調(diào)查中村莊呈點狀分布，采用傳統(tǒng)航空攝影測量方法采集數(shù)據(jù)周期長，無效區(qū)域大，成本昂貴，同時增加了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的工作量[3]。無人機具有靈活快速的特點，可針對每個村莊分別制訂飛行任務(wù)，快速提供大比例尺航空影像地籍調(diào)查底圖，大大節(jié)約了人力成本，縮短了調(diào)查周期[4]。然而，傳統(tǒng)DOM上的建筑物等地物目標存在著明顯的傾斜、變形等問題[5]，需要通過立體測圖才可生成村莊地籍調(diào)查所需要的基礎(chǔ)底圖DLG[6-8]。TDOM是一種更高級的正射產(chǎn)品。TDOM建立了完全垂直視角的地表景觀，建筑物保持垂直視角，在TDOM上，只顯示了房屋的頂部，不顯示側(cè)面，避免了房屋、樹木等高大地物對其他地表信息的遮擋，恢復(fù)了地物的正確方位[9-11]。可在TDOM上直接進行地物矢量化，無需立體測圖，快速準確地完成DLG的繪制，省去立體測圖，大大降低了制圖成本，提高了作業(yè)效率[12]。本文旨在明確TDOM相對于傳統(tǒng)DOM精度可以提高多少；TDOM所獲取的DLG是否可用作村莊地籍調(diào)查的工作底圖；TDOM獲取DLG比立體測圖方式獲取DLG效率能提高多少。以期為無人機真正射技術(shù)在村莊地籍調(diào)查中的應(yīng)用起到示范和推廣的作用。

3. 項目擬實施的主要范圍和內(nèi)容

1) 項目范圍：本次項目實施的范圍位于輪臺縣城西南方向，距離縣城約5 km，測區(qū)范圍為東經(jīng)84°11′0.95″—84°13′54.73″、北緯41°43′31.37″—41°45′22.49″之間，總面積約50 km2。

2) 項目內(nèi)容：依據(jù)項目區(qū)的地理特征和制作TDOM的要求制訂航飛計劃、執(zhí)行航飛采集數(shù)據(jù)、布設(shè)精確的控制點和檢查點，經(jīng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理完成TDOM制作。

二、作業(yè)區(qū)自然地理概況

本次項目選擇哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村作為試點項目區(qū)，村莊位于平原地帶，為農(nóng)業(yè)區(qū)，測區(qū)整體南北貫通，地勢北高南低，較為平坦，測區(qū)中央有居民區(qū)，房屋多為平房。測區(qū)高差較小，海拔最高995 m，最低959 m，平均海拔高度為975 m，地形為平原。

三、制作TDOM的主要技術(shù)要求

1. 飛行控制

對于同一區(qū)域分別進行橫向和縱向的拍攝能夠獲得區(qū)域內(nèi)地物全方位的信息，航線設(shè)計如圖1所示，在數(shù)據(jù)處理時可增強模型內(nèi)部的連接性和穩(wěn)定性，提高成圖精度。制作TDOM對成圖精度的要求很高，因此本次試點項目采用交叉航線的方法制訂飛行計劃。交叉航線導(dǎo)致飛行任務(wù)加倍，需要多個架次才能完成飛行任務(wù)，需保證多個架次所攜帶的航攝儀(照相機)規(guī)格參數(shù)一致，畸變參數(shù)相差較小(<1%)。在執(zhí)行航飛任務(wù)的過程中嚴格按照《無人機航攝系統(tǒng)技術(shù)要求》[13]的要求，控制飛行質(zhì)量。

圖1　架構(gòu)航線示意圖

2. 坐標系

無人機村莊地籍調(diào)查輪臺試點項目，采用1980西安坐標系。高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準。

3. 成圖比例尺

TDOM在村莊地籍調(diào)查中作為基礎(chǔ)地圖，要求兼?zhèn)湄S富清晰的紋理信息和準確的地圖幾何屬性，采用1∶1000的大比例尺。

4. 地面分辨率

航拍原片的地面分辨率應(yīng)滿足1∶1000成圖比例尺的要求，地面分辨率高于10 cm，兼顧航飛的效率，本次項目航飛原片地面分辨率為8 cm。

5. 分幅與編號及投影方式

1∶1000比例尺采用國家基本比例尺地形圖的分幅與編號，采用高斯-克呂格投影。

四、制作TDOM的關(guān)鍵技術(shù)方法

1. 空三加密和三維點云生成

使用Pix4dMapper自帶功能以自動完成相對定向、影像連接點的匹配。在自動連接點匹配完成后，進入RayCloud模塊進行連接點的優(yōu)化。查看連接點，如果連接點不夠，寫出空三結(jié)果，再次進行連接點匹配，如果連接點足夠且分布均勻，進行優(yōu)化直至各項指標符合要求?？杖Y(jié)果檢查合格后進行點云匹配，生成間隔0.3 m的高密度的三維點云，如圖2所示。

圖2　密集匹配三維點云

2. 數(shù)字表面模型(DSM)

TDOM與傳統(tǒng)DOM制作的最大差別在于TDOM是基于數(shù)字表面模型(DSM)完成正射糾正的，而非DEM。因此DSM制作的過程和質(zhì)量直接決定了最終TDOM的效果[14]。制作DSM，首先利用交叉航線所獲得的大重疊度照片通過多基元多影像匹配法生成初步DSM，其次對初步匹配生成的DSM進行遮擋區(qū)域檢測；然后對遮擋區(qū)域進行分析和紋理修補，進一步恢復(fù)建筑物的立體角度[15]；最后對修補好的DSM去噪和平滑，在立體模型下手工精細編輯DSM得到高精度的DSM，如圖3所示。

3. TDOM

應(yīng)用Pix4dMapper，在高精度DSM的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字微分糾正的方法糾正消除了所有視差，建立了完全垂直視角的地表景觀。建筑物保持垂直視角，只顯示了建筑物的頂部，不顯示側(cè)面，避免了高大建筑物對其他地表信息的遮擋，恢復(fù)了建筑物的正確方位，生成TDOM。對生成的TDOM中效果不理想的區(qū)域進行手工編輯，交叉航線飛行獲得了同一地物多角度的拍攝信息，在進行編輯時選取角度好、方向正的原片代替正射影像，使效果不好的區(qū)域得到改善。利用勻光勻色模塊經(jīng)過色彩均衡處理后交付用戶使用，圖幅接邊差不大于1 mm，如圖4所示。

圖3　數(shù)字表面模型(DSM)

圖4　真數(shù)字正射影像(TDOM)

五、TDOM質(zhì)量檢查

本文主要從制作TDOM的精度和直接勾繪生成DLG的效果兩個方面討論基于TDOM村莊地籍調(diào)查的適用性。

1. 精度驗證

基于TDOM勾繪DLG前，需對其精度進行系統(tǒng)的檢驗，以確認生成的TDOM質(zhì)量符合精度要求。在房屋腳點隨機布設(shè)30個檢查點(如圖5所示)，用于檢驗無人機生成的TDOM數(shù)據(jù)質(zhì)量(見表1)。

經(jīng)檢驗，TDOM檢驗點平面和高程中誤差分別為0.10和0.15 m；100%檢驗點平面中誤差和高程中誤差優(yōu)于《城市測量規(guī)范》(CJJ/T 8—2011)中6.1.6和6.1.7條款1∶1000數(shù)字線化圖點位平面中誤差0.4 m，高程中誤差0.33 m的要求[16]，質(zhì)量較好。

2. 遮擋和傾斜分析

對整個試驗區(qū)域所有航片數(shù)據(jù)進行傾斜與遮擋監(jiān)測與處理，可以生成真正射影像(如圖6所示)。將它與未進行傾斜與遮擋分析的正射影像(如圖7所示)進行比較，可以看出真正射影像中的建筑物傾斜部分已基本消除，每棟房屋的正射投影都位于正確位置，如圖中灰度矢量輪廓線所示；此外遮擋區(qū)域也被正確監(jiān)測，并進行了信息補償。

圖5　檢查點空間分布

圖6　進行了遮擋與傾斜分析的真正射影像局部

圖7　未進行遮擋與傾斜分析的正射影像局部面

表1　DSM和TDOM精度驗證　m

六、基于TDOM村莊地籍調(diào)查可行性分析

圖8為基于真正射影像繪成的DLG，圖9為DLG疊加真正射影像。真正射影像克服了遮擋和傾斜問題，實現(xiàn)了紋理的優(yōu)化采樣，較好地保持了真正射影像中清晰的房屋輪廓邊緣、完整的紋理結(jié)構(gòu)和良好的視覺效果。將所得真正射影像插入CASS軟件中，以真正射影像為底圖，通過CASS自帶的地物符號對其進行矢量化，由于TDOM中建立起完全垂直視角的地表景觀，建筑物保持垂直視角，在TDOM上只顯示了建筑物的頂部，不顯示側(cè)面，避免了房屋、樹木傾斜對關(guān)鍵地物造成遮擋，恢復(fù)了地物的正確方位，因此關(guān)鍵地物清晰可見，易于將村莊地籍調(diào)查中的關(guān)鍵地物(如圍墻、道路、房角等)準確地矢量化。將TDOM作為底圖，直接對其進行地物矢量化，無需立體測圖，快速準確地完成了DLG的繪制，省去了立體測圖，大大降低了制圖成本，提高了作業(yè)效率，具有較好的可行性。

七、結(jié)　論

本文選擇輪臺縣境內(nèi)具有村莊地籍調(diào)查廣泛代表性的哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村為研究區(qū)，采用交叉航飛的方法采集數(shù)據(jù)，對DSM遮擋區(qū)域進行分析和紋理修補，恢復(fù)房屋的立體角度，基于DSM完成真正射糾正，生成TDOM。在完成質(zhì)量檢查的基礎(chǔ)上，將所得TDOM作為哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村村莊地籍的工作底圖，繪制DLG，得到如下結(jié)論：

1) 制作的TDOM具有較高的精度，平面中誤差為0.1 m，高程中誤差為0.15 m，優(yōu)于《城市測量規(guī)范》(CJJ/T 8—2011)中6.1.6和6.1.7條款1∶1000數(shù)字線劃圖點位平面中誤差0.4 m、高程中誤差0.33 m的要求。

2) TDOM能夠克服傳統(tǒng)正射影像的遮擋和傾斜問題，實現(xiàn)紋理的優(yōu)化采樣，較好地保持了真正射影像中清晰的房屋輪廓邊緣、完整的紋理結(jié)構(gòu)和良好的視覺效果，避免房屋、樹木傾斜對關(guān)鍵地物造成遮擋，恢復(fù)了地物的正確方位。

3) 將TDOM作為村莊地籍調(diào)查的工作底圖，可直接將關(guān)鍵地物進行準確的矢量化，無需立體測圖，能夠快速準確地完成DLG的繪制，可大大降低制圖成本，提高作業(yè)效率，具有較好的應(yīng)用價值。

圖8　基于真正射影像繪成的數(shù)字線劃圖(DLG)

圖9　數(shù)字線劃圖(DLG)疊加真正射影像

[1]劉小龍.基于無人機遙感平臺圖像采集處理系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學(xué),2013.

[2]朱慶,于杰,杜志強,等.面向?qū)ο蟮恼嬲溆跋窦m正方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2013，38(7):757-760.

[3]陳姣,米鴻燕,李超,等.無人機遙感系統(tǒng)應(yīng)用與影像有效利用的探討[J].價值工程,2013(5)：32-36.

[4]AMHAR F, JOSEF J,RIES C. The Generation of True Orthphotos Using a 3D Building Model in Conjunction with a Conventional DTM [J]. International Archives Photogrammetry, Remote Sensing, 1988(4):16-22.

[5]謝文寒,周國清. 城市大比例尺真正射影像陰影與遮擋問題的研究[J].測繪學(xué)報,2010,39(1):52-58.

[6]何敬,李勇,魯恒,等.無人機影像的質(zhì)量評定及幾何處理研究[J].測繪通報,2010(4):22-24.

[7]葉海全.優(yōu)于0.2 m分辨率航空影像在村莊地籍調(diào)查中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2015(9):219-221.

[8]買小爭,盧先賢,龍寶成. 基于無人機航攝的真正射影像制作方法探討[J].測繪與空間地理信息，2015(9):60-62.

[9]史照良,沈泉飛,曹敏,等.像素工廠中真正射影像的生產(chǎn)及其精度分析[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報,2007,24(5)：332-335.

[10]許彪.基于航空影像的真正射影像制作關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：武漢大學(xué),2012.

[11]張祖勛,張劍清.數(shù)字攝影測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1997.

[12]王樹根,李德仁,郭澤金,等.正射影像上陰影和遮蔽的信息處理方法研究[J].測繪信息與工程，2004,29(4):1-4.

[13]國家測繪地理信息局.無人機航攝系統(tǒng)技術(shù)要求[M].北京：測繪出版社，2013.

[14]左志權(quán),張祖勛,張劍清,等.DSM輔助下城區(qū)大比例尺正射影像鑲嵌線智能檢測[J].測繪學(xué)報,2011,40(1)：84-89.

[15]王濤.真正射影像制作中有關(guān)算法的研究[D].北京:中國測繪科學(xué)研究院,2009.

[16]北京市測繪設(shè)計研究院.城市測量規(guī)范：CJJ/T 8-2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

Evaluation on the Application of True Digital Orthogonal Projection Image as Production at 1∶1000 Scale in the Village Cadastral Survey of Luntai

FAN Binbin,YANG Qingshan,BAO Qi,XU Zhengpeng

范彬彬，楊青山，包琦,等.村莊地籍調(diào)查中輪臺1∶1000真正射影像生產(chǎn)及其應(yīng)用評估[J].測繪通報，2016(10)：76-80.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0334.

2015-12-03;

2016-02-25

范彬彬(1987—)，男，工程師，主要從事攝影測量與遙感、地理信息系統(tǒng)的研究。E-mail：137268099@qq.com

楊青山

P23

B

0494-0911(2016)10-0076-05