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        無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在地籍測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用

        2021-06-29 02:08:18魏光勇
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年17期
        關(guān)鍵詞:任務(wù)區(qū)檢測(cè)點(diǎn)測(cè)繪

        魏光勇

        (中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì),寧夏 銀川750001)

        傳統(tǒng)地籍測(cè)繪采用全站儀、GPS-RTK等設(shè)備,雖然可以獲得高精度的測(cè)繪成果,但是效率低、長期外業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、入戶困難。為了解決以上面臨的問題,可采用垂直攝影,基于虛擬環(huán)境下的立體像對(duì)對(duì)房屋進(jìn)行采集,但是屋檐改正無法實(shí)現(xiàn),且通過實(shí)踐證明,此種方法生產(chǎn)的地籍圖成果精度達(dá)不到規(guī)范要求。但是“農(nóng)村房地一體項(xiàng)目”、“美麗鄉(xiāng)村建設(shè)項(xiàng)目”等大型惠民項(xiàng)目工作量大、工期緊、質(zhì)量要求高,尋求一種高效的生產(chǎn)作業(yè)方式迫在眉睫[1]。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是一項(xiàng)新的測(cè)繪技術(shù),它和傳統(tǒng)的垂直攝影相比較,增加了多個(gè)側(cè)視相機(jī),正好可以解決屋檐改正等問題,且多角度對(duì)同一地物進(jìn)行拍攝,增加了地物信息的冗余度,有利于剔除不靠譜的加密點(diǎn),提升空中三角測(cè)量的精度[2-3]。鑒于此,本文以某一任務(wù)區(qū)地籍測(cè)繪項(xiàng)目為例,對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)與采集,利用地面站軟件完成航線的規(guī)劃與影像數(shù)據(jù)采集,通過預(yù)處理、空三加密、實(shí)景三維模型生產(chǎn)等環(huán)節(jié)完成影像數(shù)據(jù)建模[4-5]。利用專業(yè)的裸眼測(cè)圖軟件進(jìn)行地籍圖的采集與編輯,利用全站儀采集的檢測(cè)點(diǎn),按照高精度中誤差計(jì)算公式計(jì)算檢測(cè)點(diǎn)中誤差,結(jié)果表明,本文提到的作業(yè)方法生產(chǎn)的地籍圖可以滿足地籍測(cè)繪規(guī)范要求的精度,可作為生產(chǎn)地籍圖成果的主要作業(yè)方式,也可有效提高作業(yè)效率,減少潛在的風(fēng)險(xiǎn),節(jié)約成本,縮短工期。

        1 傾斜攝影技術(shù)簡介

        傳統(tǒng)的傾斜攝影是通過有人機(jī)搭載多視角航攝儀進(jìn)行作業(yè),但是這種設(shè)備成本高,對(duì)飛行場(chǎng)地等外界環(huán)境要求高,不便于大面積的推廣應(yīng)用。隨著無人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展與相機(jī)CCD成本的降低、分辨率的提高,加之?dāng)z影測(cè)量軟件算法的不斷優(yōu)化,特別是多視影像密集匹配算法的完善,讓傾斜攝影技術(shù)設(shè)備價(jià)格大幅度降低,成為普通測(cè)繪單位可以接受的產(chǎn)品。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量,是指無人機(jī)搭載多個(gè)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī),對(duì)地面物體進(jìn)行多角度攝影航拍,利用專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件,加上采集的像控點(diǎn)坐標(biāo)成果,將航攝影像轉(zhuǎn)為高精度的、具有可量測(cè)性的實(shí)景三維模型。在建模的過程中,主要涉及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有空中三角測(cè)量和三維模型生產(chǎn),具體建模流程見圖1。

        2 生產(chǎn)軟件介紹

        2.1 Context Capture建模軟件

        Context Capture是本特利的一款自動(dòng)化建模軟件,具有高精度、高效率、高質(zhì)量的特點(diǎn),是目前使用最多的一款軟件,但是軟件的空三解算通過率較低,本文在這方面也做了優(yōu)化,可以提高空三解算的成功率,提升空三的質(zhì)量。

        2.2 EPS測(cè)圖軟件

        EPS測(cè)圖軟件是北京清華三維推出的一款綜合性的地理信息系統(tǒng)平臺(tái),帶有多個(gè)模塊,也是目前市面上裸眼采集軟件里應(yīng)用最多,最成熟的一款軟件,本文主要用了其中的三維測(cè)圖模塊和房地一體模塊。

        3 項(xiàng)目驗(yàn)證

        3.1 像控點(diǎn)測(cè)量

        根據(jù)任務(wù)區(qū)范圍線和地形,按照150米間距均勻布設(shè)像控點(diǎn),并利用油漆進(jìn)行噴涂,利用GPS-RTK采集噴涂點(diǎn)位的坐標(biāo)值,每個(gè)點(diǎn)至少采集三次,成果取三次的平均值,且三次采集坐標(biāo)值要求在2公分以內(nèi)。圖2為像控點(diǎn)點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖和實(shí)地噴涂采集點(diǎn)位圖。

        3.2 測(cè)區(qū)影像獲取

        對(duì)任務(wù)區(qū)進(jìn)行航線規(guī)劃并進(jìn)行傾斜影像數(shù)據(jù)采集。航向、旁向重疊度按照85%進(jìn)行設(shè)置,地面采樣分辨率按照0.015 米設(shè)置,完成設(shè)置任務(wù)后,提交任務(wù),組裝檢查無人機(jī)并開始按照規(guī)劃好的航線完成影像數(shù)據(jù)的采集。

        3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

        對(duì)航攝成果進(jìn)行整理,刪除無效的影像和POS數(shù)據(jù),對(duì)影像利用重命名軟件進(jìn)行批量更名操作,用Photoshop軟件對(duì)原始影像進(jìn)行調(diào)色勻光勻色處理,提升影像的質(zhì)量,有利于空三的順利解算。

        3.4 相機(jī)參數(shù)優(yōu)化

        針對(duì)Context Capture軟件空三解算成功率低這個(gè)問題,先每個(gè)鏡頭選取100張影像,這100張影像POS坐標(biāo)是相同的,用這5鏡頭共500張影像進(jìn)行空中三角測(cè)量解算,獲得精確的5個(gè)相機(jī)的相機(jī)參數(shù),然后將這些相機(jī)參數(shù)導(dǎo)出opt保存。將任務(wù)區(qū)所有影像加載到工程中,并導(dǎo)入POS和優(yōu)化后的相機(jī)參數(shù),工程創(chuàng)建完成。

        3.5 空中三角測(cè)量

        提交空三任務(wù),利用多視空中三角測(cè)量技術(shù)和低精度POS,完成復(fù)雜關(guān)系下的特征點(diǎn)提取與基于POS的平差調(diào)整??杖淮涡酝瓿?,選擇坐標(biāo)系,導(dǎo)入像控點(diǎn)成果并完成像控點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺。再次提交平差任務(wù),將虛擬坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到像控點(diǎn)坐標(biāo)系下,完成帶像控點(diǎn)的平差,結(jié)合平差報(bào)告查驗(yàn)空三成果的可用性,成果可用??罩腥菧y(cè)量涉及到的主要有影像金字塔的創(chuàng)建、特征點(diǎn)的檢測(cè)與提取、特征點(diǎn)的匹配與調(diào)整。

        3.6 三維模型生產(chǎn)

        空三完成后,提交建模任務(wù),設(shè)置空間框架坐標(biāo)系為像控點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系,切塊模式選擇“規(guī)則平面格網(wǎng)切塊”,瓦片大小依據(jù)測(cè)試電腦的內(nèi)存來設(shè)定,本次測(cè)試電腦內(nèi)存為128G,瓦片設(shè)置為150*150米,大小為62G,可以滿足要求。針對(duì)地籍項(xiàng)目,需要盡可能保留建筑物結(jié)構(gòu),將處理設(shè)置下的“幾何簡化”,設(shè)置為“平面”,容差改為0米。提交新的生產(chǎn)項(xiàng)目,選擇三維網(wǎng)格,模型格式選擇OSGB,空間參考系統(tǒng)保持和像控點(diǎn)的一致,導(dǎo)入任務(wù)區(qū)范圍線,完成三維模型的生產(chǎn)。三維模型生產(chǎn)中的主要步驟有多視影像密集匹配、三角網(wǎng)構(gòu)建與調(diào)整、白膜生產(chǎn)、LOD紋理影像金字塔的創(chuàng)建和紋理映射貼圖,模型格式轉(zhuǎn)換輸出。

        3.7 地籍圖制作

        利用清華三維EPS軟件,對(duì)生成的實(shí)景三維模型進(jìn)行裸眼采集。首先將實(shí)景三維模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換,得到EPS能夠識(shí)別的dsm成果,然后加載模型成果,導(dǎo)入正射影像和任務(wù)區(qū)范圍線,調(diào)整任務(wù)區(qū)范圍線高度,使之與模型貼合,最后選擇不同圖層下的不同命令,完成地籍圖成果的采集與編輯,采集的地籍圖成果見圖3。

        圖3 基于模型采集的地籍圖

        4 精度檢測(cè)與評(píng)定

        利用全站儀采集15個(gè)房角點(diǎn),將采集的坐標(biāo)與地籍圖上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì),得到每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)在X方向和Y方向上的殘差,殘差單位為米,橫軸代表檢測(cè)點(diǎn)號(hào),縱軸代表殘差值得絕對(duì)值,如圖4所示。

        圖4

        利用高精度中誤差計(jì)算公式,對(duì)15個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的中誤差進(jìn)行計(jì)算,得到本次擬實(shí)驗(yàn)區(qū)域檢測(cè)點(diǎn)的平面中誤差為0.044 米,可以滿足地籍一級(jí)精度要求[6],說明本文的方法可以用來實(shí)現(xiàn)地籍圖的采集。

        5 結(jié)論

        對(duì)基于傾斜攝影建模的流程進(jìn)行了說明,并以實(shí)際項(xiàng)目為例,對(duì)生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了講解,利用全站儀采集檢測(cè)點(diǎn),對(duì)生產(chǎn)的地籍圖精度進(jìn)行了檢測(cè)與評(píng)定,得到基于傾斜攝影可以完成地籍圖測(cè)繪任務(wù),具有一定的實(shí)用性,可為同行從業(yè)人員提供有效借鑒。

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