盧 旭 麻萬金

（三和數(shù)碼測繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

房地一體確權(quán)登記是一項(xiàng)工期緊、任務(wù)重、工序繁瑣的項(xiàng)目，傳統(tǒng)的做法是利用GPS-RTK 和全站儀，外業(yè)進(jìn)行界址點(diǎn)現(xiàn)場采集，對于無法采集的界址點(diǎn)，通過直角相交的方式交匯出來。對于房屋長度、宗地長度，則采用卷尺進(jìn)行測量[1-3]，加上進(jìn)行權(quán)屬資料收集，每組作業(yè)人員一般在5 人。然而農(nóng)村一般樹木茂盛，且大多數(shù)宗地所在位置無規(guī)律，利用GPS-RTK 進(jìn)行作業(yè)，有時(shí)候無法獲得固定解，對其精度有一定的影響，而且影響了作業(yè)效率；利用全站儀進(jìn)行設(shè)站采集界址點(diǎn)，由于遮擋導(dǎo)致被測界址點(diǎn)和設(shè)站不通視，需要多次設(shè)站，也影響了作業(yè)效率[4-6]。為了解決效率低的問題，筆者在分析了近年來發(fā)展起來的傾斜攝影測量技術(shù)、LIDAR 測量技術(shù)等技術(shù)后，提出使用傾斜攝影測量法進(jìn)行房地一體確權(quán)登記，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析。對成果精度進(jìn)行了檢測，檢測所得到的中誤差符合相關(guān)規(guī)范要求，表明本文的方法具有一定的實(shí)用性和可行性，可以為同行帶來借鑒。

1 傾斜攝影房地一體確權(quán)登記技術(shù)路線

利用GPS-RTK 進(jìn)行控制點(diǎn)的測量，采用WPM 軟件進(jìn)行航線布設(shè)，選擇光線充足天氣晴朗的天氣進(jìn)行航空影像數(shù)據(jù)采集。外業(yè)作業(yè)結(jié)束后，內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的解算和地籍圖的測繪。將模型拷貝到電腦上，在內(nèi)業(yè)進(jìn)行權(quán)利人現(xiàn)場指界，并將有疑問的地籍圖制作成為調(diào)查地圖，入戶進(jìn)行權(quán)屬資料的收集并簽字，完成地籍圖的公示和入庫工作[7-10]，具體的作業(yè)流程如圖1 所示。

圖1 傾斜攝影房地一體確權(quán)登記技術(shù)路線圖

2 傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體項(xiàng)目中精度影響因素及解決方案

通過分析傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體中的流程可知，影響后期地籍圖成果精度的因素主要在于空三成果的精度和采集成果的精度。因此本文重點(diǎn)對上述兩方面問題進(jìn)行探討，并提出切實(shí)可行的解決方案。

2.1 影響空三成果精度的主要因素及解決方案

2.1.1 POS 精度不高

從目前無人機(jī)搭載的POS 來看，主要分為常規(guī)POS和差分POS，前者精度一般在10 米左右，后者精度較高，一般可以達(dá)到分米級。但是對于測繪來說，這樣的精度并不能滿足其對地籍圖精度的要求。且目前常見的多拼相機(jī)，在實(shí)際作業(yè)過程中，記錄POS 的裝置，記錄相機(jī)曝光時(shí)的位置，都是記錄的下視鏡頭的位置，并沒有對每個(gè)鏡頭曝光時(shí)的位置進(jìn)行記錄。如圖2 所示，是一個(gè)5 拼傾斜相機(jī)。

圖2 5 拼傾斜相機(jī)

針對上述POS 精度不高問題，本文在分析了5 拼相機(jī)之間的相對關(guān)系后，提出以下視鏡頭POS 為基準(zhǔn)，對側(cè)視鏡頭POS 解算的方法。首先從相機(jī)改裝廠商處獲得5 拼相機(jī)平臺安置參數(shù)，其次利用Matlab 編程，以下視鏡頭安置為基準(zhǔn)，編出側(cè)視鏡頭與下視鏡頭之間的函數(shù)式，然后將下視POS 數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，通過解算得到其余4 個(gè)側(cè)視鏡頭的POS 數(shù)據(jù)。由于采用解算，可以得到每個(gè)相機(jī)曝光時(shí)的精準(zhǔn)位置，準(zhǔn)確還原被攝物體與曝光時(shí)的關(guān)系，這樣有利于后期數(shù)據(jù)的高精度解算。

2.1.2 控制點(diǎn)精度不高

控制點(diǎn)精度不高主要分為兩個(gè)方面，一是采集的控制點(diǎn)本身精度就不高，誤差較大。目前GPS-RTK 采集精度一般在1～2cm 左右，對于地籍測繪成果來說，其精度完全滿足要求，但是作為控制點(diǎn)，引入空三進(jìn)行平差，由于誤差存在積累，會導(dǎo)致后期成果精度可能超限；二是在內(nèi)業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)刺時(shí)，對點(diǎn)位判斷不準(zhǔn)確，導(dǎo)致轉(zhuǎn)刺的點(diǎn)位不準(zhǔn)。

針對常規(guī)GPS-RTK 采集精度不高的問題，可以采用靜態(tài)的方式進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)位的采集。通過較長時(shí)間的采集，可以得到mm 級的精度坐標(biāo)成果。針對內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)，對點(diǎn)位判斷不準(zhǔn)的問題，可以通過噴涂靶標(biāo)的方式進(jìn)行，如圖3 所示，左側(cè)是采集的傳統(tǒng)特征點(diǎn)，右側(cè)是采集的靶標(biāo)點(diǎn)位。

圖3 兩種控制點(diǎn)點(diǎn)位

在內(nèi)業(yè)進(jìn)行點(diǎn)位判斷轉(zhuǎn)刺時(shí)，傳統(tǒng)的特征點(diǎn)，很難在內(nèi)業(yè)進(jìn)行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)刺，而噴涂的靶標(biāo)，和地物對比分明，可以準(zhǔn)確對點(diǎn)位進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，從而提升空三的平差精度。

2.1.3 軟件算法不夠完善

目前傾斜攝影數(shù)據(jù)解算軟件較多，有的軟件雖然解算速度快，但是其是以犧牲精度為代價(jià)的，因此其精度低。不同軟件采用的解算和平差算法都不一樣，因此不同軟件解算的空三成果是不同的。通過對目前主流的幾款軟件分析可知，上海瞰景的Smart3D 軟件解算精度較高，條件允許時(shí)，可以優(yōu)先使用該軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的解算。

2.1.4 相機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確

由于無人機(jī)對荷載的重量有要求，且從相機(jī)成本出發(fā)，無人機(jī)上通常搭載的相機(jī)為非量測數(shù)碼相機(jī)，這種相機(jī)本身屬于變焦相機(jī)，但是對于測繪來說，變焦獲取的影像，很難進(jìn)行準(zhǔn)確解算，因此在實(shí)際作業(yè)中，都需要將焦距固定起來。由于目前傾斜相機(jī)檢校成本較高，因此為了有效降低成本，且提升相機(jī)參數(shù)的精確度，一般都是通過軟件自檢校完成。即將少量5 鏡頭影像導(dǎo)入軟件中，對其進(jìn)行多次平差解算，得到精度較高的相機(jī)焦距和其余的內(nèi)方位元素，然后將這些得到的參數(shù)，運(yùn)用到整個(gè)數(shù)據(jù)的解算中，這樣不但可以有效提高數(shù)據(jù)的解算效率，且解算精度也會有明顯提升。

2.2 影響地籍圖采集精度的主要因素及解決方案

2.2.1 作業(yè)人員水平不夠高

地籍圖采集對作業(yè)人員的水平要求是較高的，首先作業(yè)人員要對地籍采集要求非常熟悉，在采集的過程中，就要能夠一次性采集到位，對于屋檐，需要根據(jù)當(dāng)?shù)卣哌M(jìn)行取舍。對于作業(yè)人員水平不高，一是通過不斷練習(xí)來提升采集水平，二是讓其熟知相關(guān)規(guī)范，這樣可以有效保證地籍圖采集的精度。

2.2.2 模型精度不夠高

模型精度不夠高主要有兩方面原因，一是空三加密成果精度本身就不高，這樣誤差不斷傳遞，模型精度就有了明顯的下降；二是模型的分辨率本來就不符合作業(yè)要求。通過長期作業(yè)可知，模型精度基本上是影像分辨率的3 倍，即當(dāng)采集的原始影像分辨率為1.5cm 時(shí)，則模型的精度在4.5cm 左右，這樣最終得到的地籍圖成果精度才有可能符合地籍規(guī)范要求。

對于影像分辨率不符合作業(yè)要求的情況，首先要對航攝原始影像進(jìn)行檢查，杜絕前道工序不合格的產(chǎn)品進(jìn)入下一工序，即對航攝成果的分辨率進(jìn)行檢查。檢查的方法主要有：a.檢查多鏡頭相機(jī)的焦距。假設(shè)作業(yè)時(shí)使用的相機(jī)為5 拼相機(jī)，且下視鏡頭和側(cè)視鏡頭之間的夾角為45°，這樣一來，要想獲得分辨率相同的影像，側(cè)視焦距必須是下視焦距的1.4 倍，這樣才可以得到同分辨率的原始影像。b.檢查航線設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。對于影像獲取來說，其是按照規(guī)劃好的航線進(jìn)行航飛作業(yè)，通過對航線的參數(shù)進(jìn)行檢查，就可以知道所采集的影像的實(shí)際分辨率。c.利用少量照片進(jìn)行空三加密解算，通過空三加密報(bào)告就可以得到每張影像對應(yīng)的地面采樣分辨率，這樣就可以知道獲取的影像采樣分辨率是否能夠滿足項(xiàng)目需求。

2.2.3 模型質(zhì)量較差

模型質(zhì)量較差是多方面因素引起的，但其中最重要的一條還是盲區(qū)太多，導(dǎo)致匹配的可靠點(diǎn)少，因此模型變形嚴(yán)重，質(zhì)量不夠高。目前傾斜攝影常規(guī)作業(yè)方式使用的是固定高度，對于平坦地區(qū)，地形起伏不明顯區(qū)域來說，采用固定高度，獲取的影像分辨率基本相同，且重疊度也基本一致，但是對于地形起伏明顯，存在較高構(gòu)建筑物的地形來說，固定航高獲取數(shù)據(jù)是不可靠的。如圖4 所示，是傾斜攝影獲取地面影像的示意圖。

圖4 傾斜攝影示意圖

由圖4 可知，當(dāng)被攝物體距離相機(jī)更近時(shí)，其獲取的影像對應(yīng)的實(shí)際位置更小，這樣在獲取建構(gòu)筑物時(shí)，高層的建構(gòu)筑物重疊度會明顯降低，有可能會因?yàn)橹丿B度不高而導(dǎo)致模型出現(xiàn)破損，因此對于地形起伏變化，存在較高建構(gòu)筑物的測區(qū)，采用傳統(tǒng)常規(guī)方法是不可行的。通過分析航攝原理可知，可以采用變高飛行和仿地飛行的方式來進(jìn)行作業(yè)，這樣就可以確保獲取的影像重疊度滿足要求。因?yàn)檎`差存在傳遞，對于模型質(zhì)量較差，精度不高，采集的成果精度不能滿足項(xiàng)目要求的部分，則可以采用傳統(tǒng)的立體像對進(jìn)行采集。首先導(dǎo)出不含連接點(diǎn)的空三加密成果，然后利用專業(yè)的軟件對其進(jìn)行提取，得到每個(gè)鏡頭對應(yīng)的內(nèi)外方位元素，然后將其恢復(fù)到立體環(huán)境下，在虛擬立體下完成地籍圖的采集。

3 案例分析

本次任務(wù)位于甘肅省天水市清水縣某一村落，該村落地勢起伏較大，房屋依靠地形的起伏分布，采用傾斜攝影方式進(jìn)行該村的地籍圖測繪。作業(yè)主要分為三部分，即外業(yè)數(shù)據(jù)獲取，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的解算和地籍圖的測繪。

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)獲取

考慮到地形以及項(xiàng)目需求，本次航線規(guī)劃按照航向、旁向重疊度為85%設(shè)計(jì)，地面采樣分辨率為1.5cm，傾斜相機(jī)選用5 拼相機(jī)，采用仿地飛行的作業(yè)方案進(jìn)行航空作業(yè)?？刂泣c(diǎn)按照300 米的間距均勻分布，任務(wù)區(qū)邊緣、拐角處增加控制點(diǎn)數(shù)量，并在精度薄弱區(qū)域布設(shè)適量檢測點(diǎn)，控制點(diǎn)的點(diǎn)位采用噴涂的靶標(biāo)，檢測點(diǎn)的點(diǎn)位則采用特征界址點(diǎn)。完成航線的規(guī)劃和控制點(diǎn)、檢測點(diǎn)的采集后，確保安全的情況下進(jìn)行無人機(jī)起飛，對任務(wù)區(qū)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)獲取。本次共采集控制點(diǎn)32 個(gè)，檢測點(diǎn)15個(gè)，獲取5 鏡頭影像共13525 張，獲取下視POS 共2705個(gè)。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)解算

利用Matlab 編寫的程序，以下視POS 為基準(zhǔn)，結(jié)合相機(jī)平臺安置參數(shù)，對4 個(gè)側(cè)視鏡頭的POS 進(jìn)行解算。利用解算后的POS 和少量的照片，在上海瞰景的Smart3D軟件中進(jìn)行空三加密解算，通過多次平差調(diào)整，得到精度較高的相機(jī)參數(shù)，然后利用優(yōu)化后的相機(jī)參數(shù)和POS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到高精度的空三加密成果，然后將控制點(diǎn)引入并轉(zhuǎn)刺，轉(zhuǎn)刺完成后進(jìn)行平差調(diào)整，得到高精度的平差成果。

3.3 地籍圖測繪

將模型恢復(fù)到EPS 軟件中，對于模型完整的區(qū)域，利用裸眼的方式進(jìn)行地籍圖的采集。對于模型變形嚴(yán)重的區(qū)域，則采用虛擬立體像對進(jìn)行采集。利用模型進(jìn)行采集時(shí)，需要準(zhǔn)確采集界址點(diǎn)，對于無法準(zhǔn)確采集的，則調(diào)用立體像對進(jìn)行采集。采用兩種方式互補(bǔ)，快速高效完成地籍圖的測繪。對于無法判斷的屬性，將地籍圖輸出為工作底圖，提供給外業(yè)作業(yè)人員進(jìn)行屬性調(diào)查。

4 精度檢測

對本次采集的15 個(gè)特征檢測點(diǎn)的精度進(jìn)行檢測，檢測統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 界址點(diǎn)精度檢測統(tǒng)計(jì)表

結(jié)束語

本文提出傾斜攝影測量法在房地一體確權(quán)登記中的應(yīng)用，并對其整個(gè)作業(yè)流程進(jìn)行了概括介紹，重點(diǎn)分析了影響最終地籍圖成果精度的幾個(gè)因素，并給出相應(yīng)的解決方案。最后以實(shí)際項(xiàng)目為例進(jìn)行了精度驗(yàn)證，通過檢測可知本次檢測點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差為±3.6cm，成果精度可以滿足地籍規(guī)范要求，本文的方案可以為同行作業(yè)人員帶來借鑒，具有一定的實(shí)用性。