木合買提艾力依明

【摘要】?jī)A斜攝影作為在傳統(tǒng)航空攝影之上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，由于其增加了不同角度的相機(jī)拍攝，使得采集的信息更全面，并在自動(dòng)化建模軟件的支撐下能快速、低成本的構(gòu)建出逼真的三維模型;從而使得傾斜攝影技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，并具備廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】?jī)A斜攝影測(cè)量技術(shù);土地調(diào)查;應(yīng)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.113

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量興起之前，大比例尺地圖數(shù)據(jù)采集基本上采用傳統(tǒng)全站儀結(jié)合RTK的形式，這種形式數(shù)據(jù)精度高，缺點(diǎn)是內(nèi)外業(yè)協(xié)同程度不高。同時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)繪采集數(shù)據(jù)形式單一。但是隨著技術(shù)不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量、三維激光掃描以及激光雷達(dá)技術(shù)不斷成熟，測(cè)繪的相關(guān)行業(yè)以及地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用行業(yè)，對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的多元化有越來(lái)越多的要求，實(shí)景三維模型和點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。既提高了數(shù)據(jù)多元化水平，也加快了地理信息數(shù)據(jù)更新的速度，還拓展了測(cè)繪數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域。

1、傾斜攝影應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

傾斜攝影產(chǎn)業(yè)鏈中涉及諸多技術(shù)環(huán)節(jié)，除了硬件設(shè)備的研發(fā)，軟件方面的關(guān)鍵技術(shù)集中于自動(dòng)化建模技術(shù)和平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)。目前自動(dòng)化建模技術(shù)主要掌握在國(guó)外，國(guó)內(nèi)有企業(yè)和科研院所正在攻關(guān)中，但尚未達(dá)到國(guó)產(chǎn)替代的程度。平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)上國(guó)產(chǎn)軟件則已經(jīng)走到世界的前列。具體包括：海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)、單體化技術(shù)、效果修補(bǔ)技術(shù)等。

（1）海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)指的是傾斜攝影模型數(shù)據(jù)量往往非常龐大，1km2的數(shù)據(jù)量在0.5～2GB，這樣中小城市的建成區(qū)就能達(dá)到幾十乃至上百GB。不過(guò)好在傾斜攝影自動(dòng)化建模軟件可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的OSGB格式，且數(shù)據(jù)本身就自導(dǎo)了的LOD（金字塔層級(jí)結(jié)構(gòu)）。利用數(shù)據(jù)自帶的LOD，超圖軟件通過(guò)直接讀取OSGB，并match運(yùn)用LOD來(lái)優(yōu)化調(diào)度，做到再大的數(shù)據(jù)量也可以實(shí)現(xiàn)瞬間加載，性能非常流暢。

（2）傾斜攝影的單體化技術(shù)就是利用三角面片的可分割性質(zhì)，解決傾斜攝影數(shù)據(jù)的三維模型可分離單體化問(wèn)題。該方法首先繪制切割多邊形，確定單體化模型邊界，然后使用包圍盒方法進(jìn)行求交檢測(cè)，獲得需要切割的三角面片（點(diǎn)云構(gòu)建的DTM三角網(wǎng)）。之后計(jì)算求交檢測(cè)所得三角面片與切割多邊形的交點(diǎn)，然后詳細(xì)分析切割多邊形與三角面片相交時(shí)的不同相交情形，并針對(duì)不同的相交情形采用不同的切割方法。最后，對(duì)相交區(qū)域三角面片進(jìn)行裁切并重構(gòu)，再紋理重構(gòu)并實(shí)現(xiàn)多細(xì)節(jié)分層后得到分離的單體化模型。該技術(shù)方法可有效實(shí)現(xiàn)傾斜攝影三維模型的分離單體化。

（3）關(guān)鍵技術(shù)是效果修補(bǔ)。效果修補(bǔ)技術(shù)是指傾斜攝影生成的實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)空洞區(qū)模型導(dǎo)出，邊界自動(dòng)提取，三角網(wǎng)重構(gòu)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)空洞修補(bǔ)。傾斜攝影模型是軟件算法自動(dòng)生成，由于算法限制和拍攝角度等原因造成表面不夠平整、底商效果不佳等問(wèn)題，和人工建模存在明顯差距。天際航軟件可人工干預(yù)休整傾斜模型表面，以及參照街景影像修繕底商效果。超圖軟件則可通過(guò)自帶水面符號(hào)彌補(bǔ)傾斜模型的水面空洞，還原波光粼粼的水面效果;以及通過(guò)配置點(diǎn)和三維符號(hào)來(lái)提供更好的樹(shù)木等小品效果。

2、項(xiàng)目區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于云南省昆明市呈貢區(qū)西北部，處于東經(jīng)102°47′24″至102°48′23″、北緯24°52′56″至24°54′12″。項(xiàng)目區(qū)總面積2.22km2。地勢(shì)東北高西南低，海拔在1800m以上。

3、數(shù)據(jù)獲取

本次實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集之前，首先到測(cè)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)地踏勘，綜合測(cè)區(qū)地理位置條件以及起飛場(chǎng)地限制，采用大疆M600無(wú)人機(jī)，搭載SONYILCE-7RM2五鏡頭相機(jī)，分為8個(gè)區(qū)域進(jìn)行航線劃分，采集到53，000余張照片，影像數(shù)據(jù)500G，一共布設(shè)了40個(gè)像控點(diǎn)。

4、三維建模

外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)應(yīng)盡快送達(dá)內(nèi)頁(yè)作業(yè)員處，首先進(jìn)行快拼，檢查影像數(shù)據(jù)的完整性以及是否拉花，然后將影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart3D軟件中，通過(guò)人機(jī)交互的形式進(jìn)行解算，主要包括空三解算、影像匹配、點(diǎn)云生成并構(gòu)網(wǎng)及紋理映射等，為了提高作業(yè)效率，采用多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合運(yùn)算。

5、精度分析

為了驗(yàn)證傾斜三維模型精度和質(zhì)量滿足土地開(kāi)發(fā)項(xiàng)目需求，在布設(shè)像控點(diǎn)過(guò)程中隨機(jī)且均勻地選取了48個(gè)檢查點(diǎn)，對(duì)模型精度進(jìn)行全面驗(yàn)證。在模型量取對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)，與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，為方便比較，將模型與實(shí)際采集數(shù)據(jù)差值取絕對(duì)值。可以看出：三維模型中的檢查點(diǎn)高程方向的誤差普遍大于方向和方向;方向和方向的誤差絕對(duì)值分布較為均勻，且基本小于0.2m;高程方向的誤差絕對(duì)值分布較為離散，最大誤差接近0.3m。說(shuō)明本次實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的真三維模型的平面精度要高于高程精度。

根據(jù)模型坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)相比較，通過(guò)中誤差計(jì)算公式，計(jì)算出整個(gè)模型坐標(biāo)的中誤差為：

Δx=0.05m;

Δy=0.05m;

Δz=0.06m。

查詢《地籍測(cè)量規(guī)范》和《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》。我們可以得知，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量生產(chǎn)的傾斜三維模型，在精度上既符合《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》的要求，同時(shí)也符合《地籍測(cè)量規(guī)范》中的精度規(guī)定，在精度上完全能夠滿足一級(jí)土地開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的需要。

6、土地開(kāi)發(fā)項(xiàng)目應(yīng)用

基于無(wú)人機(jī)傾斜模型進(jìn)行土地開(kāi)發(fā)，首先能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，將開(kāi)發(fā)范圍內(nèi)的現(xiàn)狀以三維模型的形式固定下來(lái)，防止因加蓋擴(kuò)建而導(dǎo)致的補(bǔ)償費(fèi)用上的矛盾;其次，傾斜三維模型能夠?qū)⒌匚锛y理很精細(xì)地表現(xiàn)出來(lái)，在內(nèi)業(yè)僅需少量的作業(yè)人員就能夠?qū)㈨?xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)的地形圖和房屋矢量數(shù)據(jù)繪制出來(lái)，同時(shí)基于三維模型還能夠?qū)⒎课莶馁|(zhì)和樓層信息采集到。大大節(jié)約了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的工作量，同時(shí)節(jié)省了大量的人力、物力和時(shí)間成本。將傾斜三維模型導(dǎo)入EPS軟件中，對(duì)地面附著物進(jìn)行矢量化，同時(shí)基于精細(xì)三維模型進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)、樓層和行政區(qū)劃等屬性判讀，并在SuperMapiDesktop軟件中，將相關(guān)屬性添加到房屋矢量面的屬性表中，建立數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于少量遮擋、漏測(cè)部分，通過(guò)外業(yè)調(diào)繪進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。按照本次項(xiàng)目工作量，使用全站儀與RTK結(jié)合的方法，進(jìn)行碎部數(shù)據(jù)采集，并內(nèi)業(yè)繪制成圖，需要20名作業(yè)人員花費(fèi)一個(gè)月采集數(shù)據(jù)并繪制成圖，同時(shí)對(duì)于屬性調(diào)查工作仍需花費(fèi)一個(gè)月時(shí)間?；跓o(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量采集房屋信息，本次項(xiàng)目總共動(dòng)用5名作業(yè)人員，1名內(nèi)業(yè)建模，4名外業(yè)獲取影像數(shù)據(jù)，待模型生成完成，5名作業(yè)人員共同采集矢量和屬性數(shù)據(jù)，總共花費(fèi)15d的時(shí)間。后期少量調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)以及房屋權(quán)屬調(diào)查等工作花費(fèi)一個(gè)月，總工期在50d左右。

結(jié)語(yǔ)：

本文提出了土地一級(jí)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目新的數(shù)據(jù)采集方式，通過(guò)無(wú)人機(jī)影像生產(chǎn)的實(shí)景三維模型，并且經(jīng)精度檢驗(yàn)完全滿足數(shù)據(jù)采集的需求，基于此模型進(jìn)行房屋相關(guān)屬性采集，相較于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，基于三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集需要較少的作業(yè)人員，花費(fèi)了更少的作業(yè)時(shí)間，節(jié)省了大量的成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范[M].北京：測(cè)繪出版社，2012.

[2]王宏新.土地一級(jí)開(kāi)發(fā)實(shí)務(wù)指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.