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        基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的大比例尺地形圖質(zhì)量檢驗(yàn)

        2021-07-12 03:32:28曹理想
        城市勘測(cè) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量檢驗(yàn)實(shí)景外業(yè)

        曹理想

        (蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,安徽 蚌埠 233000)

        1 引 言

        隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快,大比例尺地形圖作為城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)資源的重要組成部分,其測(cè)制覆蓋范圍不斷加大,更新頻率也不斷提高。大比例尺地形圖成果數(shù)據(jù)生產(chǎn)快速增加,這給質(zhì)量檢驗(yàn)人員快速、高效、準(zhǔn)確地開展質(zhì)量檢驗(yàn)工作提出了更高的要求。在大比例尺地形圖的成果質(zhì)量檢驗(yàn)中,數(shù)學(xué)精度和地理精度仍分別采用外業(yè)數(shù)據(jù)檢測(cè)和人工外業(yè)巡查[1]。該方法檢驗(yàn)精度高,結(jié)果可靠,但外業(yè)檢測(cè)點(diǎn)的采集效率低,地理精度外業(yè)巡查時(shí)間長(zhǎng),占用了大量的人力物力資源。

        近年來傾斜攝影測(cè)量技術(shù)迅速發(fā)展[2],通過獲取多個(gè)角度、高重疊度的影像,采用多視影像匹配和聯(lián)合平差算法,輔助一定數(shù)量的像控點(diǎn),可生成具有較高位置精度和豐富地物紋理信息的實(shí)景三維模型,然后在三維模型上直接采集得到滿足精度要求的地形圖成果[3],該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于城市三維模型建設(shè)和大比例尺地形圖測(cè)繪。本文提出基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的大比例尺地形圖質(zhì)量檢驗(yàn)的技術(shù)方法,進(jìn)而改進(jìn)地形圖質(zhì)量的檢驗(yàn)流程,更好地提高質(zhì)量檢驗(yàn)工作效率。

        2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理

        無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來遙感測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展較為迅速的新興技術(shù)之一。通過在同一飛行平臺(tái)上搭載一組五鏡頭傾斜相機(jī),同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像,分為正攝、前視、后視、左視、右視,配合IMU/DGPS獲取高精度的姿態(tài)和位置信息,通過特定的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將所有影像納入統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中,獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息[4~7]。因此與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比,傾斜攝影技術(shù)具有高效率、高精度和高性價(jià)比,其應(yīng)用也越來越廣泛。

        3 應(yīng)用案例

        3.1 項(xiàng)目概況

        以某區(qū)東部建成區(qū)1∶1 000地形圖為例,該測(cè)區(qū)面積6.7平方千米,地勢(shì)平坦,具體范圍大致呈梯形分布,包含物流園區(qū)、職教園區(qū)和居住小區(qū),以2層~6層為主,少量居住小區(qū)建筑為18層~26層。

        3.2 技術(shù)流程

        目前,大比例尺地形圖質(zhì)量檢驗(yàn)中平面、高程精度的檢測(cè)點(diǎn)采集主要采用全野外采集的測(cè)量方式,工作效率偏低;地理精度評(píng)定工作需要的人工全面巡視,外業(yè)巡查工作量大。數(shù)學(xué)精度和地理精度的質(zhì)量評(píng)定占據(jù)了整個(gè)質(zhì)量檢驗(yàn)工作中的大部分工作量。鑒于此,本文基于無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù),依據(jù)項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)、檢驗(yàn)規(guī)范編制了大比例尺地形圖質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)方案,具體流程如圖1所示。以無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量替代原有傳統(tǒng)測(cè)量手段,提升數(shù)學(xué)精度檢測(cè)效率,以實(shí)景三維影像輔助地理要素進(jìn)行外業(yè)巡查,大大降低質(zhì)檢人員工作強(qiáng)度,整體提升大比例尺地形圖測(cè)繪成果質(zhì)量檢驗(yàn)效率。

        圖1 質(zhì)量檢驗(yàn)流程圖

        3.3 抽取樣本

        依據(jù)《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》GB/T 24356-2009規(guī)定,按檢驗(yàn)批的批量確定抽取5幅樣本圖幅,研究基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)開展大比例尺地形圖成果數(shù)學(xué)精度和地理精度評(píng)定的可行性和適用性。

        3.4 數(shù)據(jù)采集

        (1)像控點(diǎn)測(cè)量

        在傾斜攝影前布設(shè)像控點(diǎn),像控點(diǎn)的目標(biāo)應(yīng)清晰、易于判別和立體量測(cè),且應(yīng)設(shè)置在高程起伏較小、易于準(zhǔn)確定位和量測(cè)的地方[8]。隨著無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)配備IMU/DGPS設(shè)備,大大降低了布設(shè)密度,像控點(diǎn)按區(qū)域網(wǎng)布設(shè),由于傾斜攝影重疊度高、有多視角影像,計(jì)算機(jī)密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配功能強(qiáng)等,外業(yè)布設(shè)像控點(diǎn)位基線跨度可適當(dāng)放寬,一般情況下均布設(shè)為平高點(diǎn),像控點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程利用AHCORS采用RTK方式進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量像控點(diǎn)的同時(shí)應(yīng)進(jìn)行檢查點(diǎn)采集,用于評(píng)定內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的精度。

        (2)傾斜影像獲取

        傾斜影像獲取時(shí)根據(jù)樣本圖幅分布區(qū)域確定飛行范圍,合理規(guī)劃飛行航線,因地勢(shì)平坦,建筑物高度均在 80 m以下,考慮到傾斜攝影相機(jī)拍攝角度,為保證邊緣物體立體成像,航線覆蓋超出測(cè)區(qū)邊界線至少3條航線。最終確定航向重疊度為80%,旁向重疊度為70%,飛行高度 150 m。飛行中采用GNSS系統(tǒng)導(dǎo)航,按照航線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)飛行,航空攝影時(shí),飛行要盡可能平穩(wěn),航線彎曲度不應(yīng)大于3%。飛行數(shù)據(jù)檢查時(shí)應(yīng)保證影像清晰,反差適中,顏色飽和,色彩鮮明,色調(diào)一致,能夠辨別與地面分辨率相適應(yīng)的地物影像。

        3.5 數(shù)據(jù)處理

        將預(yù)處理后的傾斜影像、POS成果、像控成果等數(shù)據(jù)導(dǎo)入到DP-Smart軟件新建工程中進(jìn)行三維建模。采用多基線特征匹配技術(shù),結(jié)合POS數(shù)據(jù)生成連接點(diǎn),利用像控點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差完成空中三角測(cè)量,解算出各影像外方位元素[9]。利用軟件提供的并行算法獲得高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù),構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN數(shù)據(jù),并生成白模的三維模型。對(duì)生成白模的三維模型賦予紋理,由于傾斜攝影能夠獲取詳細(xì)準(zhǔn)確的影像與地理信息,再加上先進(jìn)的定位技術(shù)所獲取的影像都具有精確的坐標(biāo)信息,通過紋理映射,可自動(dòng)迅速地將影像紋理貼在相對(duì)應(yīng)的三維模型面上,生成基于影像紋理的高分辨率實(shí)景三維模型[10],如圖2所示。

        圖2 實(shí)景三維模型

        3.6 精度評(píng)定

        (1)數(shù)學(xué)精度

        根據(jù)實(shí)地情況,每個(gè)樣本圖幅內(nèi)分別利用全站儀、RTK等傳統(tǒng)方式和基于南方CASS 3D成圖軟件的三維繪圖模式下分別采集平面位置、高程檢測(cè)點(diǎn)均不少于32個(gè)檢測(cè)點(diǎn)與原圖進(jìn)行比較,實(shí)景三維模型采集平面檢測(cè)點(diǎn)如圖3所示,平面、高程實(shí)測(cè)精度對(duì)比分析表如表1、表2所示。

        圖3 實(shí)景三維模型采集平面檢測(cè)點(diǎn)

        實(shí)景三維模型和全站儀實(shí)測(cè)平面精度對(duì)比表 表1

        實(shí)景三維模型和全站儀實(shí)測(cè)高程精度對(duì)比表 表2

        從檢測(cè)結(jié)果可以得出,采用實(shí)景三維模型檢測(cè)平面、高程精度略低于采用全站儀等常規(guī)方式檢測(cè)平面、高程精度,均滿足地形圖檢測(cè)的精度要求。

        (2)地理精度

        地理精度檢驗(yàn)主要質(zhì)量元素有地理要素完整性與正確性、綜合取舍合理性等[11]。傳統(tǒng)檢驗(yàn)手段均采用人工實(shí)地巡視的方式進(jìn)行,為保證地理精度檢驗(yàn)的全面性,要求檢驗(yàn)人員必須對(duì)樣本圖幅內(nèi)地理要素進(jìn)行全面巡視,這種方式存在工作量大、效率低等缺點(diǎn)。利用實(shí)景三維影像對(duì)樣本圖幅內(nèi)的地理要素進(jìn)行全面檢查,可以快速、直觀地判別地理要素的完整性和正確性等,如圖4所示,兩處室外臺(tái)階的部分平臺(tái)錯(cuò)繪制成臺(tái)階,且其中一處室外臺(tái)階大小錯(cuò)繪。通過全面比對(duì)實(shí)景三維影像檢查后,少量重要地理要素輔以人工外業(yè)核實(shí),將外業(yè)巡查的工作強(qiáng)度大大降低,這樣不僅提高工作效率,同時(shí)改善了工作環(huán)境。

        圖4 實(shí)景三維模型輔助檢查

        4 結(jié) 論

        通過對(duì)傾斜攝影測(cè)量與傳統(tǒng)測(cè)量手段獲得的成果數(shù)據(jù)分別與原圖進(jìn)行精度對(duì)比,結(jié)果表明,傾斜攝影測(cè)量手段開展大比例尺地形圖的數(shù)學(xué)精度質(zhì)量檢驗(yàn),能夠減少傳統(tǒng)檢驗(yàn)方式中的平面、高程精度檢測(cè)不均勻性,提高質(zhì)檢效率。實(shí)景三維影像輔助地理要素進(jìn)行外業(yè)巡查,能大大降低質(zhì)檢人員外業(yè)巡視工作時(shí)間,提高外業(yè)地理精度檢驗(yàn)效率,能夠有效保證地理精度檢驗(yàn)的全面性。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)適用于大比例尺地形圖成果的數(shù)學(xué)精度和地理精度檢驗(yàn)。

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