羅為東,甘淑,2,袁希平，張昊

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2．云南省高校高原山地空間信息測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用工程研究中心，昆明 650093；3.滇西應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，大理 671000；4.云南優(yōu)化房地產(chǎn)土地資產(chǎn)評(píng)估咨詢有限公司，昆明 650093)

近幾年，隨著不動(dòng)產(chǎn)登記制度的出臺(tái)，不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪是測(cè)繪部門乃至國(guó)土部門的一項(xiàng)重要工作，傳統(tǒng)測(cè)繪工作人工成本較高，耗費(fèi)時(shí)間較多[1]。采用攝影測(cè)量技術(shù)可以極大改善工作效率，但傳統(tǒng)航空攝影通常只能從垂直角度拍攝地物，而傾斜攝影(Oblique photography)則搭載多臺(tái)傳感器，可同時(shí)從不同的角度采集影像，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)航空攝影的局限。目前，由于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)采集數(shù)據(jù)便捷、成本較低，應(yīng)用較為廣泛。特別地，傾斜攝影測(cè)量可以快速獲取實(shí)景三維模型[2]，成果具有現(xiàn)實(shí)感逼真、紋理清晰等優(yōu)點(diǎn)。丁偉[3]等用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查的工作底圖，并在此基礎(chǔ)上獲取界址點(diǎn)、界址線等不動(dòng)產(chǎn)登記的關(guān)鍵信息，結(jié)果表明在滿足不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查的精度要求的基礎(chǔ)上工作效率相對(duì)于傳統(tǒng)方法有所提升；楊亞彬[4]等在肇慶市端州區(qū)應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)繪1∶500地形圖，結(jié)果表明快速、便捷解決了不動(dòng)產(chǎn)登記所需的地形圖；劉敏[5]等把無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村房屋不動(dòng)產(chǎn)登記權(quán)籍調(diào)查中，既減少了外業(yè)實(shí)地丈量的工作量，又克服了不通視房屋拐點(diǎn)量邊的困難；鄧清軍[7]等總結(jié)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的工作原理、技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并在定遠(yuǎn)縣結(jié)合不動(dòng)產(chǎn)應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)和精度檢查，結(jié)果表明該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和優(yōu)勢(shì)；聞?dòng)揽6]在興華市應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中對(duì)具體項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)參數(shù)設(shè)置，并從實(shí)踐上證明該技術(shù)的可行性。本實(shí)驗(yàn)基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以構(gòu)建實(shí)景三維模型的技術(shù)特點(diǎn)，嘗試研究該技術(shù)在石林站鐵路沿線有關(guān)兩權(quán)項(xiàng)目實(shí)施中遇到的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪與成果核實(shí)數(shù)據(jù)困難等問題的技術(shù)解決方案。

1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

石林彝族自治縣，隸屬于云南省昆明市，位于云南省東部，東、南部與紅河哈尼族彝族自治州接壤，北與曲靖市相鄰，西、北部與宜良縣毗連。石林站位于中國(guó)云南省昆明市石林彝族自治縣如圖1所示，是隸屬于中國(guó)鐵路昆明局集團(tuán)有限公司管轄的四等站。測(cè)區(qū)面積有0.15 km2，主要途徑線路為南昆鐵路，建于1997年。

圖1 石林站略圖

2 傾斜攝影及其影像處理

2.1 無人機(jī)設(shè)備平臺(tái)

石林鐵路沿線海拔在1 700～1 950 m，測(cè)區(qū)高海拔要素和復(fù)雜地形對(duì)實(shí)地測(cè)量工作帶來一定困難，再考慮鐵路運(yùn)營(yíng)火車，對(duì)穩(wěn)定、高效作業(yè)帶來一定困難。應(yīng)用六旋翼無人機(jī)，具備4級(jí)風(fēng)力氣象條件下安全飛行能力作為勘測(cè)作業(yè)平臺(tái)。傾斜相機(jī)采用五拼鏡頭傾斜相機(jī)，實(shí)現(xiàn)高精度影像數(shù)據(jù)獲取。表1為無人機(jī)平臺(tái)、傾斜相機(jī)參數(shù)。

表1 石林站鐵路沿線平臺(tái)及相機(jī)參數(shù)

2.2 數(shù)據(jù)采集

在高原區(qū)鐵路沿線無人機(jī)采集數(shù)據(jù)，特殊地理環(huán)境需提前準(zhǔn)備測(cè)區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，重點(diǎn)了解測(cè)區(qū)地形高差、過往運(yùn)行火車等影響飛行的因素，針對(duì)設(shè)計(jì)航線。在該區(qū)域進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量，同時(shí)還需進(jìn)行包括：分辨率、相對(duì)行高計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢查、差分GPS 結(jié)算。航拍在實(shí)施過程中主要包括架設(shè)地面基站、飛行平臺(tái)系統(tǒng)調(diào)試、風(fēng)力風(fēng)向測(cè)試、信號(hào)頻率強(qiáng)度測(cè)試等。在《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》(CH /Z 3005-2010)中，對(duì)像片傾角有著如下規(guī)定：傾角滿足[5°，12°]區(qū)間。使用無人機(jī)搭載多傳感器，充分發(fā)揮無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)測(cè)區(qū)地物地貌采集1個(gè)垂直方向和4個(gè)傾斜方向的高分辨率影像數(shù)據(jù)，五鏡頭無人機(jī)航線按照傳統(tǒng)路線飛行兩架次，相對(duì)航高為170 m，航向重疊和旁向重疊均為80%。

2.3 像控點(diǎn)布設(shè)

高海拔地區(qū)為無人機(jī)傾斜攝影帶來了一定的困難，目前雖已有免像控?zé)o人機(jī)，例如大疆M300RTK、拓普康天狼星等。但在高海拔地區(qū)使用免像控?zé)o人機(jī)，在后續(xù)使用Context Capture Master等軟件生成模型時(shí)易出現(xiàn)分層和模糊現(xiàn)象，外業(yè)工作仍需布設(shè)像片控制點(diǎn)。像控點(diǎn)的目標(biāo)影像應(yīng)清晰，且易于量測(cè)的地方。例如：選擇在易辨識(shí)獨(dú)立地物、道路交點(diǎn)或者拐點(diǎn)、房屋角隅等?？刂泣c(diǎn)標(biāo)志，選擇白色( 或者紅色) 油漆畫“╂”字形標(biāo)志。在航攝前，試飛幾張影像，確保像控標(biāo)志能在傾斜影像上清晰辨識(shí)。傳統(tǒng)布設(shè)像控點(diǎn)方案有：(1)測(cè)區(qū)周圍均勻布設(shè)；(2)規(guī)則航線、基線間隔布設(shè)；(3)五點(diǎn)法分布設(shè)。本次參考李丹[11]所使用的控制點(diǎn)布設(shè)方法來布設(shè)像控點(diǎn)并一同布設(shè)檢查點(diǎn)，布設(shè)如圖2所示。

圖2 像控布設(shè)略圖

基礎(chǔ)控制測(cè)量方法按照J(rèn)TG/T C10相關(guān)規(guī)定執(zhí)行?？刂泣c(diǎn)測(cè)量完成后制作點(diǎn)位分布略圖、點(diǎn)位信息表。準(zhǔn)確描述每個(gè)控制點(diǎn)的方位和位置信息，以便后續(xù)內(nèi)業(yè)刺點(diǎn)使用。像控點(diǎn)數(shù)據(jù)局部由表2所示。

表2 局部像控點(diǎn)數(shù)據(jù)

2.4 模型構(gòu)建

參考顧廣杰[13]提出方法對(duì)測(cè)回?cái)?shù)據(jù)通過Context Capture Master、Pix4D、ModelFun等軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。使用Bentley公司的Context Capture Master軟件對(duì)30 051張影像進(jìn)行處理。在完成像對(duì)預(yù)處理后自動(dòng)空中三角測(cè)量，通過少量野外控制點(diǎn)在室內(nèi)進(jìn)行加密。通過兩臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝相同版本的軟件通過集群的方式提升影像處理速度。具體流程為在已有家庭組的基礎(chǔ)上，A主機(jī)通過映射磁盤及更改Context Capture Settings路徑，B副機(jī)的Settings路徑改為與A主機(jī)一致。A、B計(jì)算機(jī)均是64位操作系統(tǒng)，RAM分別為128GB、64GB。在集群處理數(shù)據(jù)時(shí)，為避免內(nèi)存不足或生成模型太耗費(fèi)時(shí)間等問題，在切塊時(shí)按照副機(jī)配置設(shè)置切塊大小。三維實(shí)景模型生成具體流程如圖3。為節(jié)省時(shí)間生成通用OSGB格式，后續(xù)轉(zhuǎn)為s3c格式查看建模，成果如圖4(a)和圖4(b)所示。

圖3 三維模型制作流程

圖4 (a、b)實(shí)景建模成果

3 鐵路沿線模型應(yīng)用不動(dòng)產(chǎn)登記及質(zhì)檢

3.1 模型應(yīng)用不動(dòng)產(chǎn)登記

為建立、建全石林站鐵路沿線土地產(chǎn)權(quán)管理制度，開展土地確權(quán)工作。依據(jù)傾斜攝影獲取三維影像，查清石林站鐵路沿線集體所有的建設(shè)用地、農(nóng)用地及未利用地。完成精準(zhǔn)地形數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行不動(dòng)產(chǎn)調(diào)查工作、查清石林站鐵路沿線土地權(quán)屬、界址、面積和利用狀況。具體應(yīng)用包含：(1)擴(kuò)展平臺(tái)數(shù)據(jù)，制作不動(dòng)產(chǎn)3D模型；(2)應(yīng)用傾斜攝影生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map：DOM)制作外業(yè)調(diào)繪地圖；(3)生成宗地圖、分層分戶圖等相關(guān)不動(dòng)產(chǎn)圖；(4)提高指界效率，幫助外業(yè)補(bǔ)測(cè)。

3.2 地籍圖精度質(zhì)檢

由于在建模前對(duì)像控點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行了匹配，得到的是具有真實(shí)空間位置的虛擬三維模型，根據(jù)權(quán)籍調(diào)查測(cè)量要求，建立測(cè)區(qū)的地籍基礎(chǔ)信息，應(yīng)用EPS三維測(cè)圖軟件加載三維實(shí)景模型，裸眼繪制數(shù)字線化圖(Digital Line Graphic：DLG)，繪制單體房屋如圖5所示，整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)出1∶500二維矢量地籍圖，如圖6所示。把傾斜攝影測(cè)量和三維模型的技術(shù)應(yīng)用于石林站鐵路沿線不動(dòng)產(chǎn)登記，利用房屋分層分戶數(shù)據(jù)，獲取分層分戶的樓房模型，連接不動(dòng)產(chǎn)登記信息，關(guān)聯(lián)戶型圖、地籍圖等資料，把三維空間信息真實(shí)呈現(xiàn)在不動(dòng)產(chǎn)信息中，通過三維不動(dòng)產(chǎn)模型可以查看三維數(shù)據(jù)，四至清晰、產(chǎn)權(quán)明確，解決了外業(yè)調(diào)查指界耗時(shí)費(fèi)力、界址邊丈量人為誤差大等問題。

圖5 單體房屋繪制

圖6 DLG成果

對(duì)生產(chǎn)DLG進(jìn)行精度檢核，檢驗(yàn)包括：點(diǎn)位精度和邊長(zhǎng)檢測(cè)。在石林站鐵路沿線三維模型數(shù)據(jù)上隨機(jī)抽取10個(gè)點(diǎn)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度對(duì)比，同時(shí)抽取10條不同位置和方位的邊長(zhǎng)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3所示。依據(jù)檢查點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表計(jì)算知高程中誤差為±0.12 m、平均點(diǎn)位中誤差±0.038 m精度滿足不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查測(cè)量5 cm精度要求。

表3 點(diǎn)位精度對(duì)比

4 結(jié)語

針對(duì)不動(dòng)產(chǎn)登記發(fā)證工作處理流程，前期不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量工作占比較重。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)耗工費(fèi)時(shí)已經(jīng)滿足不了不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量工作中時(shí)間緊、任務(wù)重、低成本的實(shí)際生產(chǎn)需求。近年來，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的普及應(yīng)用推動(dòng)了不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪的高效發(fā)展，提高工作效率的同時(shí)大幅度節(jié)約了工作成本。鑒于傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本文以云南省昆明市石林彝族自治縣的石林站及鐵路沿線為試驗(yàn)研究對(duì)象，在試驗(yàn)區(qū)克服地形復(fù)雜和運(yùn)營(yíng)火車采集影像數(shù)據(jù)，通過軟件平臺(tái)構(gòu)建測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型，最后對(duì)三維場(chǎng)景模型的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行模型精度評(píng)定。通過試驗(yàn)結(jié)果分析表明:模型高程中誤差為±0.12 m、平均點(diǎn)位中誤差±0.038 m，由規(guī)范知1∶500地籍圖展點(diǎn)誤差不超0.05 m，傾斜攝影測(cè)量成果精度可以滿足不動(dòng)產(chǎn)權(quán)地籍調(diào)查的5 cm精度要求。在不影響鐵路正常運(yùn)行的同時(shí)高精度、高效完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集且內(nèi)業(yè)成果制作較快提高了不動(dòng)產(chǎn)登記發(fā)證工作效率。