龐長(zhǎng)有 王奎 李忠朋

（1.河南思拓力測(cè)繪科技有限公司，河南 鄭州 450000；2.洛陽(yáng)申達(dá)測(cè)繪工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

1 引言

多年來(lái)，地形測(cè)繪、地籍調(diào)查等主要采用人工實(shí)地采集方式開(kāi)展，國(guó)家投入大量人力、物力，但這種投入已不能滿足國(guó)家發(fā)展需要。區(qū)域的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)測(cè)繪速度，測(cè)繪成果難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)生活需求。隨著科技的發(fā)展，測(cè)繪行業(yè)對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的精確性、時(shí)效性要求越來(lái)越高，人工和時(shí)間成本給行業(yè)帶來(lái)了巨大壓力和負(fù)擔(dān)。傾斜攝影測(cè)量是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新技術(shù)，能夠更真實(shí)、快速地反映地面客觀情況，同時(shí)高效的三維建模極大滿足了人們對(duì)三維信息的需求，具有效率高、成本低、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作靈活等優(yōu)勢(shì)[1]。

2 傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

（1）反映地物真實(shí)情況，且能對(duì)地物進(jìn)行測(cè)量。利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲得的三維數(shù)據(jù)可真實(shí)反映地物的外觀、位置、高度等屬性，增強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)的真實(shí)感，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工模型仿真度低的缺點(diǎn)[2]。

（2）高性價(jià)比。傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)是帶有空間位置信息的可測(cè)量影像數(shù)據(jù)，能同時(shí)輸出DSM、DOM、DLG 等成果，滿足傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量且能獲取更多數(shù)據(jù)。同時(shí)，使用傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能有效降低城市三維建模成本。

（3）高效率。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)借助航測(cè)無(wú)人機(jī)等可快速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化三維建模。實(shí)驗(yàn)證明：利用傳統(tǒng)測(cè)量方式1 ～2 年完成的中小城市人工建模工作，借助傾斜攝影測(cè)量技術(shù)只需3 ～5 個(gè)月[3]。

2.2 傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 多視影像聯(lián)合平差

多視影像包含垂直攝影數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)。部分傳統(tǒng)空中三角測(cè)量系統(tǒng)無(wú)法較好處理傾斜攝影數(shù)據(jù)，因此，多視影像聯(lián)合平差需考慮影像間的幾何變形和遮擋關(guān)系。結(jié)合POS 系統(tǒng)提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果。同時(shí)，建立連接點(diǎn)和連接線、控制點(diǎn)坐標(biāo)、GPU/IMU 輔助數(shù)據(jù)的多視影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程，通過(guò)聯(lián)合解算確保平差結(jié)果的精度。

2.2.2 多視影像密集匹配

影像匹配是攝影測(cè)量的基本問(wèn)題之一，多視影像具有覆蓋范圍大、分辨率高等特點(diǎn)。如何在匹配時(shí)充分考慮冗余信息，快速準(zhǔn)確獲取多視影像上的同名點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而獲取地物的三維信息，是多視影像匹配的關(guān)鍵。單獨(dú)使用一種匹配基元或策略難以獲取建模需要的同名點(diǎn)，因此，近年來(lái)多基元、多視影像匹配逐漸成為人們研究的焦點(diǎn)，且已取得較大進(jìn)展，如建筑物側(cè)面的自動(dòng)識(shí)別與提取。通過(guò)搜索多視影像上的特征，如建筑物邊緣、墻面邊緣和紋理，來(lái)確定建筑物的二維矢量數(shù)據(jù)集，影像上不同視角的二維特征可轉(zhuǎn)化為三維特征。在確定墻面時(shí)，可設(shè)置若干影響因子并給予一定權(quán)值，將墻面分為不同的類(lèi)，將建筑的各個(gè)墻面進(jìn)行平面掃描和分割，獲取建筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu)，再對(duì)側(cè)面進(jìn)行重構(gòu)，提取建筑物屋頂?shù)母叨群洼喞?/p>

2.2.3 數(shù)字表面模型生成和真正射影像糾正

多視影像密集匹配能得到高精度、高分辨率的數(shù)字表面模型DSM，充分表達(dá)地形地物起伏特征，是新一代空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容。由于多角度傾斜影像間的尺度差異較大以及遮擋和陰影等問(wèn)題，基于傾斜影像自動(dòng)獲取DSM 較難，可根據(jù)自動(dòng)空三解算的各影像外方位元素，選擇合適的影像匹配單元進(jìn)行特征匹配和逐像素級(jí)的密集匹配，引入并行算法，提高計(jì)算效率。在獲取高密度DSM 數(shù)據(jù)后，進(jìn)行濾波處理，將不同匹配單元進(jìn)行融合，形成統(tǒng)一的DSM。多視影像真正射糾正涉及物方連續(xù)的數(shù)字高程模型、大量離散分布粒度差異大的地物對(duì)象以及海量的像方多角度影像，具有典型的數(shù)據(jù)密集和計(jì)算密集特點(diǎn)。在有DSM 的基礎(chǔ)上，根據(jù)物方連續(xù)地形和離散地物對(duì)象的幾何特征，通過(guò)輪廓提取、面片擬合、屋頂重建等方法提取物方語(yǔ)義信息；同時(shí)在多視影像上，通過(guò)影像分割、邊緣提取、紋理聚類(lèi)等方法獲取像方語(yǔ)義信息，再根據(jù)聯(lián)合平差和密集匹配結(jié)果建立物方和像方的同名點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，繼而建立全局優(yōu)化采樣策略和顧及幾何輻射特性的聯(lián)合糾正，同時(shí)進(jìn)行整體勻光處理。

3 傾斜攝影測(cè)量在農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概述

為檢驗(yàn)傾斜攝影測(cè)量在農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)中的使用效果，測(cè)試以固定翼無(wú)人機(jī)為載機(jī)時(shí)，睿鉑DG4pros 五鏡頭相機(jī)獲取的素材生產(chǎn)的模型，能否在不使用控制點(diǎn)的條件下，滿足此次農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪工作的要求。

項(xiàng)目位于河南省信陽(yáng)市羅山縣尤店鄉(xiāng)羅洼村，測(cè)區(qū)整體地勢(shì)平坦，總面積約0.2 平方千米，建筑多為1 ～3 層低矮房屋，地形高差在30 米以內(nèi)，地物類(lèi)型包含低矮房屋、農(nóng)田、樹(shù)林及池塘等。

3.2 技術(shù)流程

項(xiàng)目技術(shù)流程如圖1 所示。

圖1 技術(shù)流程

3.2.1 外業(yè)采集

（1）準(zhǔn)備工作

踏勘測(cè)區(qū)，根據(jù)測(cè)區(qū)情況按照無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)要求和無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)要求，制定合理的航飛計(jì)劃和測(cè)量技術(shù)方案，合理調(diào)配人員和儀器。施測(cè)前檢校所有儀器，檢核控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)圖軟件、數(shù)據(jù)采集軟件及其全部通信連接進(jìn)行試運(yùn)行檢查，確保無(wú)誤。收集整理測(cè)區(qū)已有的測(cè)繪成果，包括控制成果點(diǎn)不少于4 個(gè)，當(dāng)?shù)谻ORS 和測(cè)區(qū)的谷歌影像圖。傾斜攝影飛行計(jì)劃按照要求布設(shè)正射影像，以及4 個(gè)不同方向的傾斜影像設(shè)置飛行航線。

（2）飛行的質(zhì)量要求

傾斜影像的產(chǎn)品規(guī)格要求如表1 所示。

表1 傾斜影像的產(chǎn)品規(guī)格

像片重疊度應(yīng)滿足以下要求：航向重疊度一般應(yīng)為60%～80%，最小不應(yīng)小于53%；旁向重疊度一般應(yīng)為60%～80%，最小不應(yīng)小于60%。航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線應(yīng)不少于兩條基線。旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界線應(yīng)不少于像幅的50%；在便于施測(cè)像片控制點(diǎn)及不影響內(nèi)業(yè)加密時(shí)，旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界線不少于像幅的30%。

航攝中出現(xiàn)的相對(duì)漏洞和絕對(duì)漏洞均應(yīng)采用前一次航攝飛行的數(shù)碼相機(jī)及時(shí)補(bǔ)攝，補(bǔ)攝航線的兩端應(yīng)超出漏洞之外兩條基線[4]。

（3）影像質(zhì)量要求

①影像要清晰，層次豐富，反差適中，色調(diào)柔和；可辨認(rèn)出與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像，建立清晰立體模型。②影像上不應(yīng)有云、云影、煙、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷。如存在少量缺陷但不影響立體模型的連接和測(cè)繪，可用于測(cè)制線劃圖。③因無(wú)人機(jī)低速影響，在曝光瞬間造成的像點(diǎn)位移一般不應(yīng)大于1 個(gè)像素，最大不應(yīng)大于1.5 個(gè)像素。④拼接影像應(yīng)無(wú)明顯模糊、重影和錯(cuò)位現(xiàn)象。

（4）像控點(diǎn)的布點(diǎn)、選點(diǎn)方案

像片控制測(cè)量是在測(cè)區(qū)實(shí)地測(cè)定用于空中三角測(cè)量或直接用于測(cè)圖定向的像片控制點(diǎn)平面位置和高程。像片控制測(cè)量的布點(diǎn)方案為全野外布點(diǎn)和特殊情況布點(diǎn)。全野外布點(diǎn)是指正射投影作業(yè)、內(nèi)業(yè)測(cè)圖定向和糾正作業(yè)所需的全部控制點(diǎn)均由外業(yè)測(cè)定。這種方案大比例尺成圖精度較高，但外業(yè)工作量大、生產(chǎn)成本高。

（5）外業(yè)像控點(diǎn)采集

根據(jù)初選控制點(diǎn)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)，同時(shí)采集平高點(diǎn)坐標(biāo)。外業(yè)像控點(diǎn)的采集按照“先整體后局部，先控制后碎部”的原則進(jìn)行，在首級(jí)控制點(diǎn)和加密點(diǎn)基礎(chǔ)上，使用GPS RTK 采集像控點(diǎn)坐標(biāo)。

3.2.2 內(nèi)業(yè)處理

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理

將外業(yè)航飛采集的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入預(yù)處理軟件，檢查測(cè)區(qū)內(nèi)重疊度及照片質(zhì)量。對(duì)于重疊度不合格及照片質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的架次及時(shí)重飛。

（2）Smart3D 軟件三維建模

將預(yù)處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart3D 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過(guò)空三計(jì)算、刺點(diǎn)、模型生產(chǎn)等步驟，生成osgb 格式的三維模型。

（3）三維立體測(cè)圖

EPS 三維測(cè)圖軟件是山維科技基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GIS 數(shù)據(jù)平臺(tái)研發(fā)的三維矢量采編軟件，支持osgb格式的三維模型數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)入，提供三維編輯工具，基于三維模型進(jìn)行立體測(cè)圖，三維模型如圖2 所示。

圖2 三維模型

采用EPS 地理信息工作站基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行裸眼3D立體測(cè)圖，測(cè)繪與地理信息角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，綜合 CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，圖形繪制平臺(tái)）技術(shù)與 GIS（地理信息系統(tǒng)，空間數(shù)據(jù)管理）技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，將圖形和屬性融為一體，從數(shù)據(jù)生產(chǎn)源頭支持測(cè)繪的信息化轉(zhuǎn)變。立體采集工作流程如圖3 所示。

裸眼3D 信息采集對(duì)于信息化的DLG 數(shù)據(jù)，表現(xiàn)在完全面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)符號(hào)化且一套數(shù)據(jù)二三維符號(hào)化一致、圖屬一體化、圖庫(kù)一體化。地理要素均用骨架線+屬性描述方式表示，滿足GIS 建庫(kù)與應(yīng)用需求，在顯示與打印環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)符號(hào)化，滿足圖式規(guī)范與制圖需求。

按模型進(jìn)行全要素采集，做到不變形、不移位、無(wú)錯(cuò)漏。采集依比例及用符號(hào)表示的地物時(shí)，應(yīng)以測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)輪廓線或拐點(diǎn)連接，采集不依比例尺表示地物時(shí)，以測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)基點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、定位線。模型不清楚無(wú)法準(zhǔn)確定位時(shí)，需在相應(yīng)位置做標(biāo)記以便補(bǔ)測(cè)。

圖3 立體采集工作流程

3.3 相對(duì)精度驗(yàn)證

項(xiàng)目使用皮尺和激光測(cè)距儀實(shí)測(cè)房屋21 棟，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型上測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比如表2 所示。實(shí)地測(cè)量時(shí)，某些房屋不便測(cè)量，因而一些房屋測(cè)量的數(shù)據(jù)組不一致。

表2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比（單位：m）

由表2 可知，在添加控制點(diǎn)的模型中，房屋尺寸與實(shí)測(cè)尺寸中誤差DS1=0.0363 m，未添加控制點(diǎn)的模型中，房屋尺寸與實(shí)測(cè)尺寸中誤差DS2=0.0418 m，兩者均滿足DS ≤10 cm 相對(duì)精度要求，但添加控制點(diǎn)的模型相對(duì)精度略優(yōu)于未添加控制點(diǎn)的模型。

4 總結(jié)

傾斜攝影測(cè)量將基于立體像對(duì)和點(diǎn)特征的傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)推向了基于多視影像和對(duì)象特征的實(shí)時(shí)攝影測(cè)量技術(shù)?；趦A斜攝影測(cè)量的優(yōu)勢(shì)可以得出以下結(jié)論：

①傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)作業(yè)模式，且精度滿足規(guī)范要求，效率高，節(jié)約成本，利于提高企業(yè)效益。

②傾斜攝影測(cè)量所得影像數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化成DLG、D0M 與DSM 等不同數(shù)據(jù)格式，且能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化等操作，增加了其使用范圍，滿足不同的工程需要。

③傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有高效率、高真實(shí)性，以及快速獲取海量空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理過(guò)程中對(duì)于影像數(shù)據(jù)的匹配和整體三維模型的表達(dá)將趨于成熟，需研究出高精度的影像數(shù)據(jù)匹配方法，去除冗余信息，提高運(yùn)行效率，增強(qiáng)建模實(shí)體效果。

④現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，使得無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量中得到充分應(yīng)用，提高了工作效率，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，改進(jìn)了原有技術(shù)流程，節(jié)約了測(cè)量調(diào)查成本。