楊賢輝

（清遠市測繪地理信息中心,廣東 清遠 511500）

0.引言

傾斜攝影測量技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)了十幾年的發(fā)展，作為一項新穎且發(fā)展較為迅速的航空攝影技術(shù)，其數(shù)據(jù)獲取與后期處理都取得了長足的進步。傾斜攝影測量技術(shù)的主要流程就是在飛行平臺上搭載多鏡頭相機采集地面影像數(shù)據(jù)，結(jié)合慣導、GNSS等技術(shù)實現(xiàn)航攝儀數(shù)據(jù)的精準定位。通過地面布設(shè)的像控點，最終獲取地面點真實的位置數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)解算生成反映真實環(huán)境的實景三維模型數(shù)據(jù)。近年來，隨著傾斜攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，越來越多的無人機搭載小型傾斜相機實現(xiàn)了低空傾斜攝影數(shù)據(jù)的采集，這也是對大型航攝儀的有力補充［1］。相比于大型航攝儀，無人機搭載小型傾斜相機可大大降低生產(chǎn)成本，同時也對傾斜攝影測量的應用范圍進行了拓展。該方法已經(jīng)在規(guī)劃竣工與城市三維建模等方面得到了應用。

房地一體調(diào)查是對地上房屋及附屬設(shè)置、集體建設(shè)用地、農(nóng)村宅基地進行地籍測量與權(quán)屬調(diào)查的工作。對于保護用地合法權(quán)益有重要意義，并且也是加快土地改革、維護正常交易的重要基礎(chǔ)性工作。傳統(tǒng)的房地一體調(diào)查工作是使用測繪儀器在權(quán)屬情況調(diào)查結(jié)束后進行界址點測量，結(jié)合草圖將外業(yè)采集數(shù)據(jù)通過內(nèi)業(yè)繪制成圖。利用傳統(tǒng)方式進行房地一體測量耗時耗力，效率低且成本高，并且難以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展過程中對于地籍現(xiàn)勢性的要求，以及針對農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查工作中的外業(yè)指界困難、工期要求緊、工作量大等問題。本文將無人機傾斜攝影測量技術(shù)引入房地一體測繪中，無人機傾斜攝影測量技術(shù)以三維數(shù)據(jù)為支撐，可有效識別地面地物，提高地籍數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率。利用無人機進行傾斜攝影測量，以其較低的飛行高度以及高精度的像控點作為輔助，使得無人機傾斜攝影測量技術(shù)的成果精度滿足地籍圖精度要求成為可能。

1.傾斜攝影測量

低空航空攝影測量的最重要的突破性進展就是傾斜攝影測量技術(shù)，傾斜攝影測量技術(shù)是一種通過多鏡頭相機從不同角度獲取地面實體三維坐標的數(shù)據(jù)采集方式。該技術(shù)不僅可以獲取傳統(tǒng)正射影像數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)多視角影像數(shù)據(jù)生成地面真實三維模型數(shù)據(jù)，從而有利于更加直觀地瀏覽與觀察。傾斜攝影測量技術(shù)的快速發(fā)展，使得其與RS、GNSS技術(shù)一樣，在測繪行業(yè)有了廣泛地應用，在某些方面逐漸替代傳統(tǒng)測繪行業(yè)中費時費力的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式。

傾斜攝影測量的主要特點有以下幾個方面：

（1）傾斜攝影測量技術(shù)生產(chǎn)得到的模型數(shù)據(jù)量比人工建模數(shù)據(jù)量小，應用場景更多，易于發(fā)布；

（2）多維化進行數(shù)據(jù)展示，通過航片與傾斜模型數(shù)據(jù)實現(xiàn)了“非現(xiàn)場”的直觀分析與測量；

（3）相比于人工建模，傾斜攝影測量建模的工作量更少；

（4）傾斜攝影測量數(shù)據(jù)采集環(huán)境要求低，受天氣影響較小，采集數(shù)據(jù)速度快，減輕勞動力成本。

2.傾斜攝影測量實現(xiàn)房地一體調(diào)查的技術(shù)流程

2.1 影像數(shù)據(jù)采集

為保證傾斜攝影的側(cè)視鏡頭影像覆蓋測區(qū)邊界，在航線布設(shè)時航向、旁向覆蓋均超出航攝分區(qū)邊界至少一個相對航高的距離。依據(jù)項目要求和航空攝影規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，合理設(shè)置航攝技術(shù)參數(shù)，嚴格按照領(lǐng)航數(shù)據(jù)實施航攝。大疆精靈4 RTK具有A pp航線規(guī)劃、相機微秒級同步、RTK導航定位能功能。其不僅配備了千尋公司自主集成的網(wǎng)絡(luò)RTK模塊，還配有高性能成像系統(tǒng)，定位精度可達厘米級，能夠滿足傾斜攝影測量硬件設(shè)施要求。

在高精度RTK輔助下，無人機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可在低空環(huán)境中，通過高重疊率的數(shù)據(jù)采集方式對地面影像數(shù)據(jù)進行采集[2]，無人機數(shù)據(jù)采集航線規(guī)劃涉及的參數(shù)有重疊率、相機傾角、航速、航高、地面分辨率等。

2.2 像控點布設(shè)

傾斜攝影測量中空中三角測量的基礎(chǔ)是像控點布設(shè)，像控點布設(shè)的密度與像控點本身的精度將會直接影響數(shù)據(jù)生產(chǎn)成果的精度。傾斜攝影測量中像控點布設(shè)應滿足以下基本要求：

（1）選擇與周圍地形存在高差，且在相片上清晰可辨的固定地物，如，房屋頂、小區(qū)圍墻，女兒墻等，房屋應盡量選擇平頂房屋，避免尖頂房屋；避免非固定地物，如，道路護欄、活動房等；不得選取無棱角的圓形或弧形地物，不得選取相片上看起來是鈍角的特征點；

（2）像控點間距不超過500m，在建筑物密集區(qū)域應加密像控點；

（3）像控點在測區(qū)應均勻分布，相鄰像控點組成近似等邊三角形，適當超出測區(qū)邊界。對于空三解算，測區(qū)的最邊緣位置是其精度最弱點，所以對測區(qū)邊角，應提高像控點密度，保證空三解算精度。

2.3 空中三角測量

空中三角測量主要包括兩個步驟：（1）計算影像外方位元素，通過將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，包括POS數(shù)據(jù)、像控點成果、影像數(shù)據(jù)進行建模得到；（2）通過計算機解算生成高密度三維點云信息，通過對影像數(shù)據(jù)進行密集匹配得到。多視影像密集匹配的過程幾乎不需要人工操作，通過同名特征點信息進行自動匹配［3，4］。

2.4 三維模型建立

三維建模主要包括兩個部分：（1）通過高密度的點云生成不規(guī)則三角網(wǎng)；（2）將采集的紋理信息映射至不規(guī)則三角網(wǎng)中，最終生成具有三維位置信息與紋理信息的傾斜模型數(shù)據(jù)。其中模型數(shù)據(jù)包含了三種信息，分別是真實影像紋理、不規(guī)則三角網(wǎng)、高密度點云。利用模型數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)矢量數(shù)據(jù)提取，大大提高了數(shù)據(jù)采集效率，并且有效減少了外業(yè)工作量。三維模型生產(chǎn)技術(shù)流程（如圖1所示）：

圖1 三維模型生產(chǎn)技術(shù)流程

2.5 內(nèi)業(yè)矢量數(shù)據(jù)提取

通過無人機采集、計算機數(shù)據(jù)處理得到三維模型數(shù)據(jù)，可將其作為矢量采集數(shù)據(jù)源進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)提取。將模型數(shù)據(jù)導入生產(chǎn)平臺后，提取獲取地物、地貌的真實位置信息，并且根據(jù)真實場景得到地物、地貌的屬性信息。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)提取與編輯完成后，需結(jié)合傳統(tǒng)野外測量作業(yè)方式，對模型數(shù)據(jù)遮擋嚴重導致內(nèi)業(yè)無法提取、屬性信息無法判讀的情況進行補測、調(diào)繪等。

3.實驗與結(jié)果分析

3.1 實驗概況

本文以廣東省清遠市清城區(qū)房地一體調(diào)查項目為背景，通過對無人機在項目中應用的可行性與成果數(shù)據(jù)精度進行驗證。項目測區(qū)位于一農(nóng)村地區(qū)，測區(qū)總面積約為0．14km2。測區(qū)范圍內(nèi)建筑物結(jié)構(gòu)、材料、風格不盡相同，建筑密度程度也各不一樣。

項目使用大疆精靈4 RTK進行數(shù)據(jù)采集，同時搭載5鏡頭，分別采集4個傾斜視角影像與1個垂直視角影像。將旁向重疊度設(shè)置為60%，航向重疊度設(shè)置為70%，相對航高設(shè)置為80m。在測區(qū)范圍內(nèi)均勻布設(shè)30個像控點，本次數(shù)據(jù)采集中，共采集3750張照片，每個鏡頭采集750張。

3.2 數(shù)據(jù)處理

外業(yè)采集獲取影像數(shù)據(jù)后，通過匹配多視角影像生成密集點云，基于密集點云構(gòu)建三角網(wǎng)。將影像紋理通過三角網(wǎng)的空間信息進行映射，從而最終得到具有紋理信息的真實場景三維模型，本項目生產(chǎn)得到的實景三維模型數(shù)據(jù)（如圖2所示）：

圖2 傾斜模型數(shù)據(jù)

以三維模型數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù)，進行矢量數(shù)據(jù)采集完成地籍圖的制作。矢量采集的原則是從整體到局部，從模糊到清晰，對無法準確提取的地籍要素應進行外業(yè)補測。各類地籍要素在數(shù)據(jù)提取時賦予相應的要素代碼及屬性信息，矢量采集保證數(shù)據(jù)精度，并且保證識別地物的種類。根據(jù)現(xiàn)場實地地物的特性，點狀要素采集其定位點，定位點應準確描述其幾何定位，有向點應確定其方位角；線狀要素采集其定位線，定位線根據(jù)軌跡描繪，走向明確；面狀要素封閉構(gòu)面。建筑物采集時，通過剖面不斷地調(diào)整高程確定建構(gòu)筑物的有效長邊，并且利用線相交將相鄰長邊進行連接，得到相應建筑物角點信息。

考慮到三維模型中無法將實際地物的全部信息完全反映，在矢量化過程中存在部分區(qū)域因遮擋造成的缺失，或者部分地籍要素屬性不明確，需進行實地外業(yè)補測與調(diào)繪。補測與調(diào)繪前對通過三維模型采集的矢量數(shù)據(jù)進行檢查，檢查數(shù)據(jù)的表達是否合理，有無缺漏；調(diào)繪過程中用合適的符號標注清楚各類需要調(diào)繪要素的具體要求。數(shù)據(jù)編輯應保證不失真、主次有別、層次分明。地籍要素添加屬性信息主要包括資料收集和現(xiàn)場調(diào)繪兩部分，兩種方法相互結(jié)合使用，最終完成地籍圖的采集與制作。采集得到的成果數(shù)據(jù)（如圖3所示）：

圖3 成果數(shù)據(jù)

3.3 精度評定

對地籍圖質(zhì)量進行評價，其中一項重要指標就是地籍圖的要素采集精度，本文選擇30個界址點對地籍圖的精度進行評價。通過外業(yè)采集檢查點坐標與內(nèi)業(yè)采集同名點坐標進行誤差統(tǒng)計。其中外業(yè)采集點坐標方式為RTK，故本文采用的精度統(tǒng)計指標為同精度中誤差如式（1）所示：

式（1）中，n為檢驗點個數(shù)；ΔS為檢測點與同名界址點較差。

對于界址點精度的要求，《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD T1001－2012）中有明確的規(guī)定。其中一級界址點限差為±0.10m，中誤差為±0.05m；二級界址點限差為±0.20m，中誤差為±0.10m[5]；通過式（1）計算得到檢查界址點的中誤差為±3.6cm，滿足規(guī)范中對一級界址點的精度要求。點位誤差統(tǒng)計表（如表1所示），界址點檢驗平面誤差（如圖4所示）。得知最小平面誤差為1．4cm，最大平面誤差為14cm，平面誤差都在一定范圍內(nèi)波動，表明模型的精度不是特別穩(wěn)定，但都是在誤差要求范圍內(nèi)。

圖4 平面點位誤差分布

表1 點位誤差統(tǒng)計表 單位：m

4.結(jié)束語

本文以實際項目為依托，探索了將無人機傾斜攝影測量技術(shù)應用到房地一體測繪中，并對成果數(shù)據(jù)精度進行檢驗，通過外業(yè)采集點坐標計算得出界址點點位中誤差為±3.6cm。點位誤差在一定范圍內(nèi)波動，雖然采集精度滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD T1001－2012）中對界址點的精度要求，但是同樣也表明了傾斜模型的穩(wěn)定性有待進一步提高。本項目的成功實踐，進一步發(fā)展與驗證了利用傾斜模型進行房地一體測繪的可行性，是對傳統(tǒng)房地一體測繪方式的突破。相比于傳統(tǒng)房地一體測繪方式，利用傾斜模型進行房地一體測繪可以減少外業(yè)工作量，提高生產(chǎn)效率，同樣也大大降低了生產(chǎn)成本，值得在房地一體測繪中進一步推廣與應用。此外，利用傾斜模型進行數(shù)據(jù)采集時，基本方式都是人工內(nèi)業(yè)進行采集，未來可進一步研究智能化數(shù)據(jù)采集軟件，提高數(shù)據(jù)采集效率。并且大數(shù)據(jù)量的傾斜模型數(shù)據(jù)對于電腦配置要求較高，大規(guī)模數(shù)據(jù)生產(chǎn)時需要的硬件成本較高，未來可進一步降低電腦配置要求，減少硬件成本。