孫儉文
(天水三和數(shù)碼測繪院有限公司,甘肅 天水741000)
隨著數(shù)字城市、智慧城市、美麗鄉(xiāng)村、國土空間規(guī)劃項目的開展,人們對測繪產(chǎn)品的需求越來越多,且精度要求越來越高,成果時效性越來越強[1],但是傳統(tǒng)的作業(yè)方式效率低、風險高、成本高、外業(yè)工作量大[2],對于有的地區(qū),數(shù)據(jù)難以獲取,無法滿足產(chǎn)品的更新需求。傳統(tǒng)的垂直攝影方式,可以完成1:1000比例尺測圖任務(wù),但是很難實現(xiàn)1:500地形圖的精度要求。隨著無人機技術(shù)和相機制造技術(shù)的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)的垂直攝影方式逐漸被傾斜攝影所取代。傾斜攝影可以獲取更多的地物信息,且飛行航高低、重疊度高,可以更加充分地表現(xiàn)地形地物,利用傾斜攝影數(shù)據(jù)生產(chǎn)的實景三維模型,信息豐富,精度高[3],可以嘗試用實景三維模型生產(chǎn)1:500比例尺的地形圖。本文依托國土空間規(guī)劃項目數(shù)據(jù)為實驗數(shù)據(jù),進行傾斜航攝,然后生產(chǎn)實景三維模型,基于模型生產(chǎn)地形圖,并對地形圖的精度進行檢測,結(jié)果表明通過本文的作業(yè)方式,可以生產(chǎn)滿足1:500精度需求的數(shù)字線劃圖,且成產(chǎn)成本低、效率高、周期短,有效解決了目前對地形圖需求時效性強的難題,可以更好地為地形圖的生產(chǎn)提供保障。
1.1 無人機傾斜攝影原理。無人機傾斜攝影是相對傳統(tǒng)的垂直攝影來說的,即在無人機飛行平臺上掛載多視角航攝相機,從前、后、左、右及下視五個角度采集影像[4-6],獲取地物、建構(gòu)筑物多個角度的視角信息。其中四個側(cè)視鏡頭主要獲取建構(gòu)筑物的側(cè)面紋理信息,減少側(cè)面視角的盲區(qū),下視鏡頭主要從垂直角度獲取建構(gòu)筑物的頂部信息??紤]到側(cè)視相機獲取的影像變形嚴重,傾斜像片近點和傾斜像片遠點的地面分辨率不一致,側(cè)面紋理信息獲取更加豐富,側(cè)視鏡頭與垂直鏡頭最合理的夾角為45度。
1.2 傾斜攝影建模。傾斜攝影建模是指借助建模軟件,通過自動化或半自動化的方式將傾斜影像制作為三維模型,由于影像紋理信息被真實還原,所以該類模型被稱為“實景真三維模型”。建模過程中主要包括的關(guān)鍵步驟有:數(shù)據(jù)預(yù)處理、多視角空中三角測量(金字塔創(chuàng)建、特征點檢測與提取、特征匹配與自由網(wǎng)平差、像控點轉(zhuǎn)刺與平差)、多視影像密集匹配、多視影像聯(lián)合平差、稠密點云生成、點云抽稀與不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建、白膜生成、紋理映射與格式轉(zhuǎn)換輸出。
該部分主要包括外業(yè)數(shù)據(jù)獲取和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理,具體流程見圖1。
圖1 傾斜攝影大比例尺測圖流程圖
3.1 數(shù)據(jù)概況。本次實驗數(shù)據(jù)屬于核心城區(qū),建筑物高度最高100米,航飛150米,垂直鏡頭獲取的影像分辨率為0.05 米。航向、旁向重疊度均為80%,像控點采用噴涂方式,間距400-500米均勻布設(shè)。采集10個特征點作為空中三角測量精度的檢測,采集35個特征點檢測后期生產(chǎn)的地形圖精度。
3.2 軟件概括。Context Capture軟件是目前用戶最多的一款軟件,具有自動化程度高、生產(chǎn)數(shù)據(jù)效率高、空三精度高、模型紋理真實細膩、輸出模型格式多等特點。
EPS軟件是目前主流的裸眼測圖軟件,其模塊多、功能完善,支持實景三維模型、DOM+DEM、點云數(shù)據(jù)直接采集地形圖,同時也支持基于立體像對的虛擬環(huán)境采集地形圖,并且是基于數(shù)據(jù)庫采集,帶有編輯質(zhì)檢功能,可以實現(xiàn)采編入庫一體化。
3.3 空三加密及精度檢測。空三加密主要分兩部分:一是自由網(wǎng)下的空中三角測量,二是在控制點環(huán)境下,對自由網(wǎng)坐標系進行轉(zhuǎn)換,使空三成果符合生產(chǎn)要求。在本次數(shù)據(jù)生產(chǎn)中,結(jié)合以往生產(chǎn)經(jīng)驗,對影像按照像控點分布進行分塊,每塊照片數(shù)量在1萬張左右,這樣可以確保在空三成功解算的前提下,使分塊數(shù)量最少,提高空三解算效率。對于像控點的轉(zhuǎn)刺,本次使用的是Context Capture V10.17 版本,可以對所有像控點點位進行預(yù)測,因此一次性全部進行了轉(zhuǎn)刺,對位于影像邊緣的點位未進行轉(zhuǎn)刺,這樣可以較好地提高空三的平差精度,獲得精度更高的空三加密成果。
本次使用10個特征檢測點對空三精度進行檢測。導(dǎo)出平差精度合格后的空三成果和未畸變照片,將空三成果恢復(fù)到DP軟件中,對10個特征點點位坐標進行提取,然后和外業(yè)采集的坐標值進行計算,求出其較差值,具體見表1。
表1 空三加密成果精度檢測表
通過表1可以看出,平面最大較差為20.6 cm,高程最大較差為17.6 cm,精度均滿足1:500地形圖精度要求,符合精度要求,可以在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)三維模型。
3.4 三維模型生產(chǎn)。平差成果精度合格后,開始生產(chǎn)實景三維模型。首先設(shè)置成果坐標框架,選擇規(guī)則平面劃分瓦片方式,根據(jù)實驗電腦內(nèi)存,設(shè)置瓦片大小為150m*150m,約占內(nèi)存16G,本機電腦內(nèi)存為32G,可以滿足對電腦配置的需要。設(shè)置瓦片坐標系原點,用于決定瓦塊命名的起點,確保后續(xù)生產(chǎn)的瓦片可以放到一起,做到瓦片不重不漏。貼圖質(zhì)量設(shè)置為100%,確保生成的模型紋理分辨率最高。在幾何簡化設(shè)置里,選擇平面,容差設(shè)置改為0,單位為米,這樣可以最大程度上保留建筑物的邊緣信息,確保采集精度可以更高。選擇模型格式為*.OSGB,此格式金字塔層級多,可以更快瀏覽,加載迅速,且目前大多數(shù)采集軟件只支持此種格式。坐標原點需要設(shè)置為一個指定的數(shù)值,這也方便后期接邊處模型合并后,相對位置、絕對位置坐標合適。待模型生產(chǎn)完成后,再提交正射影像生產(chǎn)任務(wù),得到正射影像成果。
3.5 大比例尺地形圖生產(chǎn)。打開EPS軟件,選擇1:500標準數(shù)據(jù)庫,將OSGB格式的實景三維模型加載到清華三維EPS軟件中,然后再加載超大正射影像,然后基于EPS軟件在實景三維模型上進行地形圖的采集。加載的正射影像,可以作為參考,查看采集的成果是否套合合適。根據(jù)個人習慣,也可基于正射影像圖采集平面地物,如道路、井蓋等。采集完成后,將成果以圖紙的形式輸出,提供給外業(yè)調(diào)繪組,對成果進行調(diào)繪。外業(yè)主要調(diào)繪井蓋屬性、丟漏的井蓋、路燈、電桿等,并對電線屬性等進行調(diào)繪,然后基于EPS軟件,結(jié)合調(diào)繪成果,對地形圖成果進行完善,利用EPS質(zhì)檢模塊,對地形圖中存在的問題進行修改、編輯,直到成果合格。
此處精度檢測,主要是檢測傾斜攝影方式生產(chǎn)的成果是否符合1:500地形圖生產(chǎn)需求,利用35個檢測點,對地形圖成果精度進行檢測,檢測結(jié)果見圖2。
圖2 地形圖精度檢測柱狀圖
通過圖2中的柱狀圖可以看出,高程最大殘差未超過35cm,平面點位最大殘差未超過25cm,均滿足1:500地形圖精度要求,說明本文的方法可以滿足1:500比例尺地形圖數(shù)據(jù)的采集。
本文以國土空間規(guī)劃需要生產(chǎn)DLG為目的,采用傾斜攝影方式,利用Context Capture軟件生產(chǎn)實景三維模型,然后利用EPS軟件基于實景三維模型進行地形圖采集,最后進行調(diào)繪和編輯。對完成后的地形圖精度進行檢測,檢測結(jié)果表明,此種方式生產(chǎn)的地形圖,可以滿足1:500地形圖精度需求,可以為生產(chǎn)大比例尺地形圖提供一種作業(yè)方式,減少外業(yè)工作強度,提高生產(chǎn)效率。