邵瀚 劉心怡 劉冉 黃瑞

摘要：指出了近些年隨著航空攝影的發(fā)展，傾斜攝影技術(shù)已在三維實景模型快速構(gòu)建中得到廣泛應(yīng)用，針對傳統(tǒng)測繪方法難以在西部山區(qū)、林區(qū)、建筑物密集區(qū)等復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)的情況，詳細(xì)描述了傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于大比例尺地籍圖測繪的技術(shù)流程，根據(jù)測區(qū)地勢起伏特點合理規(guī)劃了航線并采用變高飛行方案，以獲取高精度原始影像數(shù)據(jù)，該方案外業(yè)采集及內(nèi)業(yè)成圖自動化程度較高，通過精度統(tǒng)計和分析，驗證了該技術(shù)方案滿足復(fù)雜地區(qū)大比例尺地籍圖測圖要求。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量;大比例尺;地籍圖;航線設(shè)計

中圖分類號：P217

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：1674-9944（2020）14-0202-04

1?引言

傾斜攝影建模技術(shù)是測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，通過將多臺傳感器搭載到飛行平臺，從1個垂直、4個傾斜5個不同的視角方向同步采集影像，從而獲取被攝物體頂面及側(cè)面的高分辨影像信息[1]，在記錄影像信息的瞬間，通過POS系統(tǒng)記錄拍照瞬時的三維坐標(biāo)值、航向傾角、旁向傾角、像片旋角外方位元素信息，利用采集的影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)通過建模軟件快速構(gòu)建實景三維模型[2]。

傳統(tǒng)大比例尺地籍圖測繪方法主要利用RTK和全站儀實地采集特征點、地物點的三維坐標(biāo)，再使用行業(yè)軟件編繪成果圖，由于大比例尺地籍圖測量要素多、精度要求高，在數(shù)據(jù)采集階段要求大量的測繪人員和儀器設(shè)備進(jìn)行實地數(shù)據(jù)采集，需要投入較高的人力和時間成本[3]。除此以外，在西部山區(qū)、林區(qū)、建筑物密集區(qū)等復(fù)雜環(huán)境作業(yè)，由于衛(wèi)星信號被阻擋，通視條件較差，使用傳統(tǒng)方法測量會導(dǎo)致測量結(jié)果誤差超限，進(jìn)一步降低工作生產(chǎn)效率。

近些年隨著航空攝影的發(fā)展，使得飛行平臺搭載五鏡頭相機(jī)采集傾斜數(shù)據(jù)已較為成熟，也涌現(xiàn)出一系列將傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于地籍測量的成功案列[4]，但絕大多數(shù)案例區(qū)域多數(shù)為平坦區(qū)域，在復(fù)雜西部山林地區(qū)大比例尺地籍圖測圖項目中的應(yīng)用較少，本文以HARWAR MEGA-V8II為飛行平臺，搭載總像素1.92億、五鏡頭傾斜相機(jī)，對復(fù)雜場景試驗區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、模型建立、三維測圖、成果精度評價，驗證傾斜攝影技術(shù)方案是否滿足復(fù)雜場景大比例尺地籍圖測圖規(guī)范要求[5]。

2?技術(shù)路線

基于傾斜攝影測量大比例尺地籍圖測繪的主要技術(shù)流程包括：資料收集與分析、項目設(shè)計測繪書的編制、航飛方案設(shè)計、像控點布設(shè)、傾斜數(shù)據(jù)采集、三維實景建模、內(nèi)業(yè)地籍要素采集、質(zhì)量檢查及精度評定等步驟，具體流程圖如圖1所示。

2.1?航飛設(shè)計階段

航飛設(shè)計階段首先要根據(jù)項目成果要求，收集測區(qū)已有資料，確定測繪坐標(biāo)系統(tǒng)，然后根據(jù)測區(qū)情況制定飛行技術(shù)方案，編寫航飛項目設(shè)計書。飛行技術(shù)方案內(nèi)容包括：確定無人機(jī)飛行平臺、傾斜攝影相機(jī)選擇、飛行區(qū)域、飛行航高、飛行速度、地面分辨率、航線重疊度和旁向重疊度、航帶架次數(shù)、照片曝光間隔等問題，同時需要向空管部門進(jìn)行空域申請。

2.2?像控布設(shè)及作業(yè)飛行

考慮到大比例尺地籍圖成果精度要求高，需要外業(yè)工作人員對測區(qū)進(jìn)行實地踏勘，并選擇合適的場地以便無人機(jī)的起飛和降落。在項目進(jìn)場前，應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注測區(qū)天氣狀況，選擇在能見度高、風(fēng)速較低、沒有降雨的天氣條件下開展數(shù)據(jù)采集作業(yè)，同時應(yīng)當(dāng)預(yù)先布置像控點，像控點布設(shè)應(yīng)滿足相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范要求，航飛人員應(yīng)與像控布設(shè)人員及時對接，在各個航帶測區(qū)完成像控布設(shè)后立即開展數(shù)據(jù)采集工作，以免布設(shè)的像控點被破壞。航攝任務(wù)完成后，應(yīng)及時檢查飛行和像片質(zhì)量是否合格，像片是否虛焦、過曝、丟片，POS數(shù)據(jù)是否存在缺失記錄等問題。

2.3?空三加密及自動建模

三維實景建模內(nèi)業(yè)處理過程中包括影像的預(yù)處理、像控點刺點、空三加密計算、點云生成，不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建及紋理映射等步驟，由于數(shù)據(jù)量較多，可以采用多節(jié)點聯(lián)合運(yùn)算提高處理速度。目前國內(nèi)外已有多種軟件可以對傾斜影像進(jìn)行自動解算，如ContextCapture、街景工廠、Photomesh等。

2.4?地籍圖生產(chǎn)

相比于傳統(tǒng)航測的雙目立體測圖方法，將實景三維模型導(dǎo)入到三維測圖軟件中，無需佩戴立體眼鏡，即可完成建筑物輪廓線的采集，由于建筑物存在屋檐、飄樓、陽臺等構(gòu)件，在傳統(tǒng)航測測量時頂面建筑面積往往大于層建筑面積，通過實景三維模型，內(nèi)業(yè)人員可以輕松實現(xiàn)屋檐、陽臺、飄樓的改正。除此之外，在采集建筑物輪廓線的同時，可以根據(jù)實際三維模型的紋理信息對地物的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)進(jìn)行類別屬性的判別。

2.5?外業(yè)補(bǔ)調(diào)及屬性掛接

基于傾斜攝影測量三維建模的技術(shù)方案會存在建筑物遮擋和粘連的問題，當(dāng)存在建筑物樓間距小、建筑物密集或者建筑物被樹木圍繞時，這些現(xiàn)象都會導(dǎo)致實景三維模型構(gòu)建粘連、建筑物拉扯變形或者建模不完整的問題存在。在內(nèi)業(yè)進(jìn)行建筑物輪廓線采集的同時，需要記錄此類問題項，通過外業(yè)作業(yè)人員對問題項進(jìn)行實地修補(bǔ)測，若存在房屋結(jié)構(gòu)不規(guī)則，存在較小的局部異性構(gòu)造、折角、弧線等情況，實景三維模型難以精確展示結(jié)構(gòu)的情況下，需要實地現(xiàn)場核實。在房屋地籍信息缺失的情況下需要進(jìn)行實地屬性信息的采集，內(nèi)業(yè)人員在獲取到外業(yè)修補(bǔ)測數(shù)據(jù)和地籍信息后需要進(jìn)行房屋輪廓修改和屬性掛接操作。

2.6?成果輸出及質(zhì)量檢查

在完成地籍全要素采集和外業(yè)修補(bǔ)測工作后，內(nèi)業(yè)人員需要對地籍圖進(jìn)行圖幅分幅、出圖整飾，并進(jìn)行自檢和互檢工作，檢查完成后移交質(zhì)檢部門進(jìn)行過程檢查和最終檢查。檢查內(nèi)容包括建筑物及其附屬構(gòu)筑物的形狀、尺寸、材質(zhì)等信息是否準(zhǔn)確，是否滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》TD/T1001-2012的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在項目部完成了質(zhì)檢工作后，交由項目委托方進(jìn)行組織驗收工作。

3?實驗分析

3.1?測區(qū)概況

試驗區(qū)位于重慶市涪陵區(qū)清溪鎮(zhèn)?？偯娣e約為1.17 km2，地物類型主要包括房屋建筑、道路、樹木、耕地等，研究區(qū)內(nèi)地勢以低山丘陵為主，東南高而西北低，海拔多在190～310 m之間。測區(qū)內(nèi)新舊建筑物交錯分布、房屋密集，樓間距較窄，不規(guī)則，大多數(shù)房屋巷道無法通車，給傳統(tǒng)外業(yè)測繪工作帶來較大的不便。

3.2?試驗過程與結(jié)果

試驗區(qū)使用HARWAR Mega V8II 八旋翼無人機(jī)搭載5鏡頭1.92億像素傾斜相機(jī)，其中下視鏡頭2400萬像素和側(cè)視鏡頭單個為4200萬像素，在空中同時曝光采集5張不同方向的航空影像，航向重疊度和旁向重疊度均為80%。在航線設(shè)計前已經(jīng)獲取測區(qū)1∶10000地形圖資料，制作了測區(qū)DEM地形成果，通過分析發(fā)現(xiàn)測區(qū)沿著河道地勢逐步抬升，如圖2所示，因此設(shè)計飛行航線沿著等高線擬合切線方向飛行，并采用變高飛行模式，保證飛行航高相對目標(biāo)構(gòu)筑物保持在90m左右的航高進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，單個架次飛行時長約為30min，共飛行6個架次，共采集像片數(shù)6350張，飛行參數(shù)如表1所示，影像分辨率為1.5cm，為保證測區(qū)最終地籍圖成果滿足大比例尺地籍圖成圖精度要求，在測區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)了66個像控點，像控點平均點間距約為150m，像控點分布如圖3所示。

將采集的影像通過預(yù)處理操作導(dǎo)入到Context Capture建模軟件進(jìn)行影像匹配、空三計算、生成密集點云、構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)、紋理映射等步驟，最終生成實際三維模型和正射影像。生成的實景三維模型如圖4所示。

將生成的模型導(dǎo)入到三維成圖軟件EPS中，根據(jù)三維實景模型完成道路、建筑物及其附屬設(shè)置、地貌、水系、獨立地物、植被等要素的矢量化采集工作，對模型上看不清的部分通過外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測，地籍圖成果執(zhí)行《國家基本比例尺地形圖圖式 第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》（GB/T 20257.1-2007）、《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T1001-2012）等規(guī)范要求進(jìn)行符號化、編輯處理和出圖整飾，最終數(shù)字線劃圖如圖5所示。

3.3?精度分析與評價

測繪成果的精度分析與評價主要采用外業(yè)使用全站儀實地測量特征點作為檢查點和內(nèi)業(yè)圖上采集特征點進(jìn)行對比的方法，主要檢查點包括建筑物、道路、花壇、樓梯等特征較為冥想的構(gòu)筑物。針對測區(qū)范圍，共采集了24個檢查點，均勻分布與整個測區(qū)。檢查點的誤差情況和統(tǒng)計表表2、表3所示。

通過表2、表3分析可以得出檢查點中誤差為0.17m?；趦A斜攝影測量大比例尺地籍圖測繪精度滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》TD/T1001-2012中地物點相對于鄰近控制點的點位誤差標(biāo)準(zhǔn)要求，檢查點分布合理，測繪精度真實可靠。該評定結(jié)果表明，基于傾斜攝影測量技術(shù)的地籍圖測量方案可用于大比例尺地籍圖測繪。

4?結(jié)語

本文采用無人機(jī)搭載傾斜五鏡頭系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，針對西部山區(qū)地形地貌起伏特點，合理規(guī)劃航飛區(qū)域并采用變高飛行模型，始終保證無人機(jī)設(shè)計航高距離目標(biāo)地物90 m左右相對航高，結(jié)合地面預(yù)先布設(shè)的像控點，保證了原始影像數(shù)據(jù)及實景模型成果質(zhì)量。內(nèi)業(yè)人員無需佩戴立體眼鏡既可以采集三維信息，有效減少了外業(yè)工作量。通過對測量成果精度統(tǒng)計及分析，可以看到傾斜攝影技術(shù)在大比例尺地籍圖中的精度可以滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，相比于傳統(tǒng)的測量方法和技術(shù)流程，本文提供了一種高效率、低成本的測量技術(shù)方案，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量技術(shù)方案在條件復(fù)雜區(qū)域作業(yè)困難的不足，同時也為今后傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用在大比例尺地籍圖測量提供了設(shè)計參數(shù)和技術(shù)參考。

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