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        傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用及精度分析
        ——以南京市江寧區(qū)為例

        2021-02-15 07:53:10
        經(jīng)緯天地 2021年6期
        關(guān)鍵詞:連接點(diǎn)點(diǎn)位精度

        方 青 周 飛

        (1.南京市規(guī)劃和自然資源局江寧分局,江蘇 南京 211100;2.江蘇蘇地仁合土地房地產(chǎn)資產(chǎn)評(píng)估測(cè)繪造價(jià)咨詢有限公司,江蘇 南京 210005)

        0.引言

        南京市江寧區(qū)房地一體權(quán)籍調(diào)查項(xiàng)目體量大、時(shí)間緊、任務(wù)重,依靠傳統(tǒng)測(cè)量手段已不能滿足項(xiàng)目的需要。因此,采用高效率、低成本的傾斜攝影測(cè)量是最為有效、可行度高的技術(shù)方法。

        一般測(cè)量方法包括全站儀數(shù)字采集和傳統(tǒng)攝影測(cè)量。傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)多采用單鏡頭垂直影像采集,由于無(wú)法對(duì)屋檐長(zhǎng)度進(jìn)行有效改正,需到實(shí)地勘丈,浪費(fèi)人力物力。傾斜攝影測(cè)量相比于傳統(tǒng)垂直攝影測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯。主要優(yōu)勢(shì)如下:

        (1)免受地物遮擋的影響,在地物上層空間幾乎無(wú)死角獲取影像;

        (2)獲取的影像紋理更為清晰;

        (3)多角度重疊區(qū)域的影像更為豐富,用于交會(huì)的同名光線數(shù)量更多,有利于提高三維模型的精度。

        無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可方便靈活地通過(guò)垂直、前、后、左、右五個(gè)鏡頭獲取地物的表征三維影像特征。在飛行拍攝過(guò)程中,由航飛系統(tǒng)自動(dòng)記錄拍攝瞬間的航高、航速、飛行姿態(tài)、坐標(biāo)等信息[3]?;谌S模型的重建技術(shù),將獲取的多張像片進(jìn)行拼接整合,生產(chǎn)出可進(jìn)行測(cè)量的三維模型。數(shù)字采集具有高效性,無(wú)需佩戴立體采集設(shè)備作業(yè)。以三維模型為基礎(chǔ),可快速生產(chǎn)出DLG、DOM、DSM等數(shù)字產(chǎn)品,質(zhì)量可靠。

        在一個(gè)時(shí)段內(nèi),多鏡頭采集的影像數(shù)據(jù)更豐富,對(duì)三維模型修飾時(shí),可選擇最清晰的一張像片進(jìn)行紋理上的加工處理,增強(qiáng)視覺(jué)效果。有開(kāi)發(fā)的平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)將傾斜攝影測(cè)量獲得的影像數(shù)據(jù)嵌入地理信息和屬性信息,方便用戶查找搜索所需的信息。

        1.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量實(shí)施方案

        江寧區(qū)地勢(shì)復(fù)雜,屬于江南丘陵地,村落呈團(tuán)狀分布,隱蔽處較多。根據(jù)江寧區(qū)農(nóng)房的分布特點(diǎn),按85%航向重疊度、75%旁向重疊度的標(biāo)準(zhǔn)飛行獲取數(shù)據(jù),每個(gè)架次外擴(kuò)8條航線(上下各4條),每條航線外擴(kuò)7條基線,以此保證航攝區(qū)域無(wú)漏洞且有足夠外擴(kuò)的空間。

        1.1 技術(shù)實(shí)施路線圖

        為確保技術(shù)路線的順利實(shí)施,理順每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的流程,明確作業(yè)的具體事項(xiàng),確定無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)路線圖(如圖1所示):

        圖1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)路線圖

        1.2 準(zhǔn)備航測(cè)、預(yù)設(shè)技術(shù)指標(biāo)

        無(wú)人機(jī)相對(duì)飛行高度控制在85m以下,地面分辨率優(yōu)于1.5cm。航攝時(shí)間要求太陽(yáng)高度角大于25o,陰影倍數(shù)小于2.1倍。機(jī)載GPS解算的定位信息要求PDOP小于3,傾斜角小于等于15°,航線飛行比較平直,航線彎曲度在1%以內(nèi),旋偏角小于25°,航高差不大于1m[2]。飛行結(jié)束后及時(shí)下載影像數(shù)據(jù)、飛行記錄數(shù)據(jù)等文件,檢查數(shù)據(jù)的完整性和質(zhì)量狀況,且保證POS數(shù)據(jù)數(shù)目與影像數(shù)目一一對(duì)應(yīng)。

        1.3 像控點(diǎn)測(cè)量

        農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)繪成圖對(duì)高程無(wú)要求,但無(wú)人機(jī)航飛的像控點(diǎn)必須保證密度、平面位置、高程的精度。因此,像控點(diǎn)根據(jù)江寧區(qū)下轄自然村的實(shí)際道路情況、村莊大小進(jìn)行布設(shè)。像控點(diǎn)的坐標(biāo)高程信息使用NJCORS系統(tǒng)采集,保證平面與高程精度。像控點(diǎn)坐標(biāo)分兩組采集,凡平面位置差值大于2cm或高程差值大于3cm的點(diǎn)位均核實(shí)重測(cè)。在地物密集區(qū)域內(nèi),像控點(diǎn)平均間距約為100m。

        1.4 傾斜攝影測(cè)量

        利用差分定位技術(shù)將安裝在攝影平臺(tái)上的GNSS接收機(jī)采集的點(diǎn)位坐標(biāo)與區(qū)域周邊的多個(gè)地面基準(zhǔn)站的點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算,確定平臺(tái)接收機(jī)相位中心的坐標(biāo)[1]。再結(jié)合無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的幾何參數(shù)(內(nèi)方位元素)、三個(gè)姿態(tài)角確定攝影中心的空間坐標(biāo)。其中每張航攝像片的姿態(tài)參數(shù)可通過(guò)三維旋轉(zhuǎn)矩陣的計(jì)算獲得。

        完成內(nèi)定向、相對(duì)定向后,引入像控點(diǎn)進(jìn)行絕對(duì)定向的計(jì)算。由于像控點(diǎn)分布較少,必須進(jìn)行空中三角測(cè)量。空中三角測(cè)量計(jì)算程序會(huì)產(chǎn)生大量的連接點(diǎn),此時(shí)需人工干預(yù),檢查整體點(diǎn)位的質(zhì)量,主要是查看連接點(diǎn)的密度與精度,若大量點(diǎn)位不符合要求,則修改參數(shù)重新生成連接點(diǎn),直到連接點(diǎn)基本滿足要求后,再剔除少量超限點(diǎn),并滿足點(diǎn)位的密度。其中連接點(diǎn)的平面中誤差應(yīng)低于0.3個(gè)像素單位,平面最大誤差應(yīng)低于2.5個(gè)像素單位。空三流程完成后,對(duì)于無(wú)法通過(guò)軟件自動(dòng)匹配形成的部分連接點(diǎn),可在調(diào)整完連接點(diǎn)之后手動(dòng)加入。若連接點(diǎn)不處于模型關(guān)鍵區(qū)域,不影響項(xiàng)目成果的精度,可適當(dāng)刪除連接點(diǎn)。

        傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間同步不僅涉及各傳感器的鏡頭間,還涉及定位定姿設(shè)備與獲取影像設(shè)備間。為滿足GPS鐘與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間同步,起飛之前,必須對(duì)POS系統(tǒng)進(jìn)行初始化。

        1.5 三維建模

        獲取航飛影像后,對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光處理和鏡頭畸變處理。經(jīng)空三解算后,利用配套的軟件生產(chǎn)三維模型。融合攝影測(cè)量學(xué)、圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)成像等技術(shù),將不同比例、不同分辨率的影像經(jīng)過(guò)DSM點(diǎn)云生成、構(gòu)建TIN、紋理映射,生成帶紋理外觀的三維模型。對(duì)于外觀處于陰影部分或拍攝不清晰的模型外觀應(yīng)人工剔除,選擇紋理清晰、層次分明的表層做外觀處理。模型采用分層顯示技術(shù),由于低空飛行,地面分辨率最優(yōu)可達(dá)1.2cm,能夠詳細(xì)表達(dá)地物細(xì)部特征。三維模型截圖中已包含二維線劃圖(如圖2所示):

        圖2 三維模型與二維線劃圖

        1.6 人工采集,生產(chǎn)DLG

        依據(jù)權(quán)籍要素采集的范圍和種類(lèi),在三維模型上分類(lèi)采集所需的各類(lèi)要素,形成初步的地籍地形圖。設(shè)定合適房屋的高程面采集房屋等單一建構(gòu)筑物,當(dāng)層次、拐點(diǎn)無(wú)法判別時(shí),內(nèi)業(yè)人員做標(biāo)記進(jìn)行外業(yè)核實(shí)。采集房屋邊長(zhǎng)要素時(shí),若只采集點(diǎn)位,以點(diǎn)構(gòu)線,則點(diǎn)位偏差與相對(duì)邊長(zhǎng)誤差極大,不能滿足精度要求。后文將對(duì)精度進(jìn)行分析。

        1.7 外業(yè)補(bǔ)測(cè),堪丈核實(shí)

        傾斜攝影測(cè)量這一技術(shù)生成的模型精度已大為提高,測(cè)量方法也節(jié)約了大量人力。但江寧區(qū)個(gè)別區(qū)域農(nóng)村房屋構(gòu)造較復(fù)雜、遮擋較多,為保證測(cè)量精度,內(nèi)業(yè)做標(biāo)記處采用外業(yè)的方法人工核實(shí)。

        2.精度分析

        2.1 像控點(diǎn)數(shù)量對(duì)精度影響

        選取的實(shí)驗(yàn)區(qū)域(如圖3所示),此區(qū)域位于江寧區(qū)淳化街道某自然村,該自然村共布設(shè)了17個(gè)像控點(diǎn),像控點(diǎn)間距約為100m,布設(shè)地點(diǎn)合理,密度均勻。實(shí)驗(yàn)區(qū)域按密度分別抽取9個(gè)像控點(diǎn)與13個(gè)像控點(diǎn),抽取的像控點(diǎn)可組成控制網(wǎng)。抽取分組的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位名稱(如表1所示):

        圖3 像控點(diǎn)布設(shè)示意圖

        表1 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位分組情形

        運(yùn)用VirtuoZoAAT軟件,加入不同批次的像控點(diǎn)對(duì)此區(qū)域進(jìn)行空中三角測(cè)量的解算,三維建模后,由同一名數(shù)據(jù)采集人員分三批次采樣同點(diǎn)名的檢核點(diǎn)(排除人工采集差異的因素對(duì)精度的影響)。通過(guò)模型采集點(diǎn)位與全站儀實(shí)測(cè)點(diǎn)位對(duì)比分析,計(jì)算平面差值及中誤差。

        依據(jù)高精度檢測(cè)的對(duì)比方法,不妨假設(shè)全站儀實(shí)測(cè)點(diǎn)位為近似真值,則檢測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)點(diǎn)位中誤差計(jì)算公式為:

        該實(shí)驗(yàn)區(qū)域選取了20個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行檢測(cè)。不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)繪對(duì)高程無(wú)要求,檢核點(diǎn)未選取高程進(jìn)行檢核。檢核結(jié)果(如表2所示):

        表2 檢核點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表 單位:cm

        根據(jù)《地籍調(diào)查規(guī)程》(TD/T1001-2012)的要求,界址點(diǎn)相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不得超過(guò)5cm。A組數(shù)據(jù)的點(diǎn)位中誤差不滿足要求,B組與C組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)位中誤差符合要求,B組至C組中誤差變化趨勢(shì)明顯放緩,精度提高不顯著[5]。由此可見(jiàn),該試驗(yàn)區(qū)域均勻布設(shè)像控點(diǎn)點(diǎn)數(shù)在17個(gè)是較為經(jīng)濟(jì)合適的,遵循此密度的布設(shè)方式,像控點(diǎn)平均間距則控制在80m左右。

        2.2 人工采集對(duì)精度的影響

        三維模型構(gòu)建完畢后,基于模型人工采集形成DLG。由于最終提交的圖形成果以地籍地形圖為基準(zhǔn),那么在模型精度相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上,人工采集數(shù)據(jù)的誤差則會(huì)影響最終成果的精度。

        現(xiàn)對(duì)同一三維模型抽取40條界址邊長(zhǎng),由兩組數(shù)據(jù)采集人員分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。M組由熟練數(shù)據(jù)采集人員構(gòu)成,N組由初學(xué)模型數(shù)據(jù)采集人員構(gòu)成。選取的界址邊長(zhǎng)由長(zhǎng)邊或色差區(qū)分不顯著的短邊構(gòu)成,短邊的選?。ㄈ鐖D4所示):

        圖4 短邊示意圖

        兩組人員的采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(如表3所示)使用高精度檢測(cè)的方法計(jì)算誤差。M組采集的邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)與檢測(cè)值的較差的中誤差小于5cm,N組采集的邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)與檢測(cè)值的較差的中誤差高達(dá)16.3cm,遠(yuǎn)超中誤差的限值。

        表3 檢核邊長(zhǎng)較差表 單位:cm

        對(duì)照兩組人員的點(diǎn)位采集方式,N組直接采點(diǎn)操作較多,拐角不清晰處采點(diǎn)較為隨意。因此,為提高精度,在采集長(zhǎng)邊中應(yīng)遵循兩端采點(diǎn)形成方向線的原則,避免邊長(zhǎng)方向偏差較大。房角點(diǎn)位應(yīng)避免直接采點(diǎn),多運(yùn)用鄰邊相交獲取要素點(diǎn)位的方法。對(duì)于大多數(shù)正規(guī)房屋,運(yùn)用軟件自帶的直角轉(zhuǎn)彎功能形成房角點(diǎn)。人工采集對(duì)成果的影響是顯著的,熟練度不同的技術(shù)人員對(duì)于同一三維模型采集形成的地籍地形圖的精度差異巨大[4]。

        3.結(jié)論

        傾斜攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)基于三維模型,采集地籍要素時(shí)無(wú)需佩戴立體眼鏡,可減輕內(nèi)業(yè)人員的視覺(jué)負(fù)擔(dān),使采集整理一體化,效率較高。結(jié)果初步證明了這一測(cè)量技術(shù)在地籍地形測(cè)量中的實(shí)用性。對(duì)于像控點(diǎn)的布設(shè)密度,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明布設(shè)間距以80m至100m為宜,可保證空中三角測(cè)量質(zhì)量檢查的順利通過(guò);三維模型的數(shù)據(jù)采集需掌握基本的方法,避免直接點(diǎn)位的采點(diǎn),降低模型采集的粗差率。利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影不僅能夠方便快速地獲取三維模型要素,形成地籍地形圖,還為后續(xù)登記發(fā)證工作提供現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)的模型佐證,給予農(nóng)戶更清晰直觀的視覺(jué)畫(huà)面。

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