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)評估測繪造價咨詢有限公司，江蘇 南京 210005）

0.引言

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

一般測量方法包括全站儀數(shù)字采集和傳統(tǒng)攝影測量。傳統(tǒng)攝影測量技術多采用單鏡頭垂直影像采集，由于無法對屋檐長度進行有效改正，需到實地勘丈，浪費人力物力。傾斜攝影測量相比于傳統(tǒng)垂直攝影測量優(yōu)勢明顯。主要優(yōu)勢如下：

（1）免受地物遮擋的影響，在地物上層空間幾乎無死角獲取影像；

（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，用于交會的同名光線數(shù)量更多，有利于提高三維模型的精度。

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

在一個時段內(nèi)，多鏡頭采集的影像數(shù)據(jù)更豐富，對三維模型修飾時，可選擇最清晰的一張像片進行紋理上的加工處理，增強視覺效果。有開發(fā)的平臺已實現(xiàn)將傾斜攝影測量獲得的影像數(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.無人機傾斜攝影測量實施方案

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

1.1 技術實施路線圖

為確保技術路線的順利實施，理順每個作業(yè)環(huán)節(jié)的流程，明確作業(yè)的具體事項，確定無人機傾斜攝影測量技術路線圖（如圖1所示）：

圖1 無人機傾斜攝影測量技術路線圖

1.2 準備航測、預設技術指標

無人機相對飛行高度控制在85m以下，地面分辨率優(yōu)于1.5cm。航攝時間要求太陽高度角大于25o，陰影倍數(shù)小于2.1倍。機載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]。飛行結束后及時下載影像數(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)目一一對應。

1.3 像控點測量

農(nóng)村不動產(chǎn)權籍測繪成圖對高程無要求，但無人機航飛的像控點必須保證密度、平面位置、高程的精度。因此，像控點根據(jù)江寧區(qū)下轄自然村的實際道路情況、村莊大小進行布設。像控點的坐標高程信息使用NJCORS系統(tǒng)采集，保證平面與高程精度。像控點坐標分兩組采集，凡平面位置差值大于2cm或高程差值大于3cm的點位均核實重測。在地物密集區(qū)域內(nèi)，像控點平均間距約為100m。

1.4 傾斜攝影測量

利用差分定位技術將安裝在攝影平臺上的GNSS接收機采集的點位坐標與區(qū)域周邊的多個地面基準站的點位坐標進行聯(lián)合計算，確定平臺接收機相位中心的坐標[1]。再結合無人機系統(tǒng)的幾何參數(shù)（內(nèi)方位元素）、三個姿態(tài)角確定攝影中心的空間坐標。其中每張航攝像片的姿態(tài)參數(shù)可通過三維旋轉(zhuǎn)矩陣的計算獲得。

完成內(nèi)定向、相對定向后，引入像控點進行絕對定向的計算。由于像控點分布較少，必須進行空中三角測量?？罩腥菧y量計算程序會產(chǎn)生大量的連接點，此時需人工干預，檢查整體點位的質(zhì)量，主要是查看連接點的密度與精度，若大量點位不符合要求，則修改參數(shù)重新生成連接點，直到連接點基本滿足要求后，再剔除少量超限點，并滿足點位的密度。其中連接點的平面中誤差應低于0.3個像素單位，平面最大誤差應低于2.5個像素單位。空三流程完成后，對于無法通過軟件自動匹配形成的部分連接點，可在調(diào)整完連接點之后手動加入。若連接點不處于模型關鍵區(qū)域，不影響項目成果的精度，可適當刪除連接點。

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

1.5 三維建模

獲取航飛影像后，對影像數(shù)據(jù)進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。融合攝影測量學、圖形學、計算機成像等技術，將不同比例、不同分辨率的影像經(jīng)過DSM點云生成、構建TIN、紋理映射，生成帶紋理外觀的三維模型。對于外觀處于陰影部分或拍攝不清晰的模型外觀應人工剔除，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，由于低空飛行，地面分辨率最優(yōu)可達1.2cm，能夠詳細表達地物細部特征。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)權籍要素采集的范圍和種類，在三維模型上分類采集所需的各類要素，形成初步的地籍地形圖。設定合適房屋的高程面采集房屋等單一建構筑物，當層次、拐點無法判別時，內(nèi)業(yè)人員做標記進行外業(yè)核實。采集房屋邊長要素時，若只采集點位，以點構線，則點位偏差與相對邊長誤差極大，不能滿足精度要求。后文將對精度進行分析。

1.7 外業(yè)補測，堪丈核實

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

2.精度分析

2.1 像控點數(shù)量對精度影響

選取的實驗區(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，該自然村共布設了17個像控點，像控點間距約為100m，布設地點合理，密度均勻。實驗區(qū)域按密度分別抽取9個像控點與13個像控點，抽取的像控點可組成控制網(wǎng)。抽取分組的實驗點位名稱（如表1所示）:

圖3 像控點布設示意圖

表1 實驗點位分組情形

運用VirtuoZoAAT軟件，加入不同批次的像控點對此區(qū)域進行空中三角測量的解算，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名的檢核點（排除人工采集差異的因素對精度的影響）。通過模型采集點位與全站儀實測點位對比分析，計算平面差值及中誤差。

依據(jù)高精度檢測的對比方法，不妨假設全站儀實測點位為近似真值，則檢測點平面坐標點位中誤差計算公式為：

該實驗區(qū)域選取了20個點位進行檢測。不動產(chǎn)權籍測繪對高程無要求，檢核點未選取高程進行檢核。檢核結果（如表2所示）：

表2 檢核點位中誤差統(tǒng)計表 單位：cm

根據(jù)《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T1001-2012）的要求，界址點相對于鄰近控制點的點位中誤差不得超過5cm。A組數(shù)據(jù)的點位中誤差不滿足要求，B組與C組的實驗數(shù)據(jù)的點位中誤差符合要求，B組至C組中誤差變化趨勢明顯放緩，精度提高不顯著[5]。由此可見，該試驗區(qū)域均勻布設像控點點數(shù)在17個是較為經(jīng)濟合適的，遵循此密度的布設方式，像控點平均間距則控制在80m左右。

2.2 人工采集對精度的影響

三維模型構建完畢后，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，那么在模型精度相當?shù)幕A上，人工采集數(shù)據(jù)的誤差則會影響最終成果的精度。

現(xiàn)對同一三維模型抽取40條界址邊長，由兩組數(shù)據(jù)采集人員分別進行數(shù)據(jù)采集。M組由熟練數(shù)據(jù)采集人員構成，N組由初學模型數(shù)據(jù)采集人員構成。選取的界址邊長由長邊或色差區(qū)分不顯著的短邊構成，短邊的選取（如圖4所示）：

圖4 短邊示意圖

兩組人員的采集實驗數(shù)據(jù)（如表3所示）使用高精度檢測的方法計算誤差。M組采集的邊長數(shù)據(jù)與檢測值的較差的中誤差小于5cm，N組采集的邊長數(shù)據(jù)與檢測值的較差的中誤差高達16.3cm，遠超中誤差的限值。

表3 檢核邊長較差表 單位：cm

對照兩組人員的點位采集方式，N組直接采點操作較多，拐角不清晰處采點較為隨意。因此，為提高精度，在采集長邊中應遵循兩端采點形成方向線的原則，避免邊長方向偏差較大。房角點位應避免直接采點，多運用鄰邊相交獲取要素點位的方法。對于大多數(shù)正規(guī)房屋，運用軟件自帶的直角轉(zhuǎn)彎功能形成房角點。人工采集對成果的影響是顯著的，熟練度不同的技術人員對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.結論

傾斜攝影測量內(nèi)業(yè)基于三維模型，采集地籍要素時無需佩戴立體眼鏡，可減輕內(nèi)業(yè)人員的視覺負擔，使采集整理一體化，效率較高。結果初步證明了這一測量技術在地籍地形測量中的實用性。對于像控點的布設密度，經(jīng)實驗證明布設間距以80m至100m為宜，可保證空中三角測量質(zhì)量檢查的順利通過；三維模型的數(shù)據(jù)采集需掌握基本的方法，避免直接點位的采點，降低模型采集的粗差率。利用無人機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)勢性較強的模型佐證，給予農(nóng)戶更清晰直觀的視覺畫面。