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        傾斜攝影在地形圖測繪中的應(yīng)用研究

        2021-01-21 21:39:31張官進(jìn)梁麗麗劉苗苗寧玲玲袁平

        張官進(jìn) 梁麗麗 劉苗苗 寧玲玲 袁平

        【摘 要】 針對(duì)傳統(tǒng)大比例尺測圖方法存在工作量大、人工成本高、效率低等問題,本文提出采用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行地形圖測繪的方法。利用無人機(jī)傾斜攝影測量高效、便捷和三維數(shù)據(jù)采集的技術(shù)特點(diǎn),對(duì)六安市部分地區(qū)房地一體化項(xiàng)目運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)采集影像,并對(duì)影像重建生成實(shí)景三維模型,最后將采集成果精度與傳統(tǒng)外業(yè)測量精度進(jìn)行對(duì)比分析和精度驗(yàn)證。結(jié)果表明,檢測點(diǎn)平面位置和高程的中誤差分別為0.04 m、0.11m,成果滿足1∶500地形圖精度要求。綜上,傾斜攝影測量技術(shù)測量精度高,能有效提高測圖作業(yè)效率,降低成本,可以廣泛推廣應(yīng)用于土地調(diào)查項(xiàng)目。

        【關(guān)鍵詞】 傾斜攝影測量技術(shù);點(diǎn)云;大比例尺地形圖;實(shí)景三維模型

        【中圖分類號(hào)】 P232 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102(2021)06-0097-03

        地形圖測繪常采用GPS-RTK與全站儀結(jié)合的全野外實(shí)地測量方法,該方法具有精度高、工作量大、周期長、成本高等特點(diǎn)。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,傾斜攝影越來越多地應(yīng)用到測繪項(xiàng)目中,無人機(jī)的五鏡頭可以方便、靈活地獲取多角度清晰影像,突破了GPS-RTK與全站儀結(jié)合的散點(diǎn)測量,實(shí)現(xiàn)了垂直、前、后、左、右各45°傾斜等五個(gè)不同角度的面測量。根據(jù)影像快速自動(dòng)生成的實(shí)景三維模型可以全要素反映地面情況,且傾斜攝影技術(shù)簡單,外業(yè)作業(yè)量小,工期短。綜上,本文擬以測區(qū)為例,把傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用到大比例尺地形圖測繪中,并對(duì)測圖精度進(jìn)行研究。

        無人機(jī)發(fā)展較晚,傾斜攝影出現(xiàn)時(shí)間短,專家學(xué)者對(duì)無人機(jī)航測的研究較少。原喜屯等針對(duì)河南省房地一體項(xiàng)目的具體要求,設(shè)計(jì)了傾斜攝影測量的技術(shù)流程。付博等利用傾斜攝影測量技術(shù)獲取江西省撫州市的某圖書館影像數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了圖書館的三維模型構(gòu)建。曲林等完成了傾斜攝影高、中、低空測量解決方案。李冬森等實(shí)現(xiàn)了城市土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)管。C.L.Kang.等利用UAV傾斜攝影測量技術(shù)在廣西龍脊梯田景區(qū)設(shè)計(jì)了智慧旅游方案。李森盛等以傾斜攝影立體測圖技術(shù)針對(duì)甘肅某農(nóng)村的權(quán)籍測量提出測量技術(shù)指標(biāo)要求。張淑玲等就全國各省農(nóng)村房地一體確權(quán)登記頒證工作,提出了利用無人機(jī)傾斜攝影三維模型測繪房地一體確權(quán)要素。

        綜上,傾斜攝影技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出、應(yīng)用范圍廣。為進(jìn)一步研究其在測繪大比例尺地形圖方面的應(yīng)用,本文以六安市韓擺渡鎮(zhèn)某村為例,利用傾斜攝影獲取地面物體影像,經(jīng)ContextCapture軟件處理后生成模型,模型矢量化為地形圖,在地形圖中獲取部分特征點(diǎn)坐標(biāo)并與RTK實(shí)地采點(diǎn)相比較,驗(yàn)證該方法的精度可靠性。研究路線如圖1所示。

        1試驗(yàn)概況與數(shù)據(jù)處理

        1.1測區(qū)概況

        以韓擺渡鎮(zhèn)某村為研究區(qū)域,該區(qū)域經(jīng)緯度坐標(biāo)為東經(jīng)116°,北緯31°。研究區(qū)域近1km2,研究區(qū)屬淠河沖積平原,測區(qū)內(nèi)整體地勢(shì)起伏相對(duì)平緩,交通狀況良好,便于無人機(jī)傾斜攝影測量工作的進(jìn)行。根據(jù)測區(qū)范圍及現(xiàn)場踏勘情況,共布設(shè)14個(gè)像控點(diǎn),像控點(diǎn)位于公路等空曠位置,清晰、無遮擋。

        1.2數(shù)據(jù)采集設(shè)備

        本研究采用大疆精靈Phantom 4RTK無人機(jī),此款無人機(jī)自帶定位和POS系統(tǒng),操作簡單、便攜易用。影像質(zhì)量決定模型精度,為得到高質(zhì)量影像,依據(jù)無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)規(guī)范設(shè)置航向、旁向重疊度、航高、攝影角度等航攝參數(shù)。

        1.3影像處理

        在Context Capture中檢查影像信息,因系統(tǒng)及外界原因,部分影像缺少組件及POS等關(guān)鍵信息,需刪除影像信息不全及缺少POS的影像。影像應(yīng)分布合理,較為完整;航向及旁向距離均勻;影像在一個(gè)平面內(nèi),無明顯分層,航飛質(zhì)量較高。

        1.4空中三角測量

        根據(jù)規(guī)范,航攝區(qū)域范圍內(nèi)至少含有3個(gè)像控點(diǎn),像控點(diǎn)需提前用油漆等標(biāo)定在地面上,坐標(biāo)用RTK實(shí)測。測區(qū)內(nèi)布設(shè)的14個(gè)控制點(diǎn)均清晰呈現(xiàn)在像片內(nèi),根據(jù)要求,每個(gè)控制點(diǎn)均需在A、E、S、W、X等5個(gè)視角下刺點(diǎn)。

        像控點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入后,每個(gè)像控點(diǎn)需在五個(gè)鏡頭下分別點(diǎn)刺,刺點(diǎn)完成后進(jìn)行第二次空中三角測量??罩腥菧y量完成后,影像應(yīng)平整無起伏,地面影像無錯(cuò)位,3D視圖清晰。如圖2所示為空中三角測量成果圖。

        空中三角精度報(bào)告可直接反應(yīng)空中三角測量的精度,主要包括X、Y方向和3D誤差。如表1所示為空中三角精度報(bào)告部分內(nèi)容。

        由表1可知,空中三角加密控制點(diǎn)X、Y方向的中誤差均小于5cm,重投影誤差小于一個(gè)像素,3D誤差在15cm以內(nèi)。根據(jù)《規(guī)范》,空中三角加密后的航飛影像滿足重建三維模型的精度要求,如圖3所示為測區(qū)局部三維模型。

        2精度分析

        2.1地形圖繪制

        對(duì)三維模型進(jìn)行矢量化,包括建筑物外部輪廓和線狀地物的繪制、高程提取、地形圖修飾。根據(jù)建筑物側(cè)面形狀數(shù)據(jù)信息,繪制建筑側(cè)面輪廓基點(diǎn),形成閉合線狀要素,利用三維模型確定建筑物的空間特征,匹配建筑物屬性信息。繪制完成后對(duì)照傾斜攝影模型完成地圖注記,通過地圖符號(hào)和設(shè)計(jì)等修飾繪制要素。

        2.2成果及其精度分析

        在測區(qū)范圍內(nèi)選取特征點(diǎn),分別獲取特征點(diǎn)的實(shí)測坐標(biāo)與圖上坐標(biāo),計(jì)算特征點(diǎn)外業(yè)實(shí)測坐標(biāo)與所繪地形圖上相應(yīng)地物點(diǎn)的測量坐標(biāo)X、Y、Z方向的殘差值,計(jì)算平面及高程中誤差。如圖4所示為各方向殘差值折線圖。

        由圖4可以看出,Z軸方向的中誤差比平面中誤差大,Z軸最大誤差和最小誤差分別為0.18m和0.05m,平面中誤差較小,最大誤差為0.06m,最小誤差為0.02m,滿足《1∶5001∶10001∶2000數(shù)字地形圖測繪規(guī)范》中精度要求。

        綜上,利用航飛影像生成三維模型后繪制的地形圖精度較高,可用于繪制1∶500大比例尺地形圖。

        3結(jié)論

        本文以韓擺渡鎮(zhèn)某村為例,闡述了傾斜攝影測量的技術(shù)流程,利用傾斜攝影測量技術(shù)完成了三維建模及地形圖繪制,通過比較野外實(shí)測坐標(biāo)與地形圖采集坐標(biāo),得出如下結(jié)論:

        利用上述方法繪制的地形圖,平面中誤差為4cm,高程中誤差為11cm,滿足大比例尺地形圖規(guī)范要求;

        傾斜攝影測量保留了原有建筑物的空間結(jié)構(gòu),提高了地籍圖成果的精度,與其他傳統(tǒng)測圖技術(shù)相比,成圖時(shí)間減少50%以上,人員減少70%,降低了測圖成本,適用于小區(qū)域快速測繪大比例尺地形圖;

        文中提出的方法具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值,可廣泛用于農(nóng)村房地一體確權(quán)和繪制大比例尺地形圖等項(xiàng)目。

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