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        傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用研究

        2023-10-18 13:32:48朱建平
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2023年29期
        關(guān)鍵詞:測繪測量模型

        朱建平

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

        傳統(tǒng)地籍測繪,由于其效率低,外業(yè)工作量大,入戶調(diào)查難,已無法滿足全國房地一體項(xiàng)目的測繪需求。為了按時(shí)高質(zhì)量完成農(nóng)村房地一體項(xiàng)目,很多學(xué)者對其進(jìn)行了深入探討。宋振華等[1]提出將傾斜攝影測量技術(shù)用于房地一體項(xiàng)目,并以平鳳鎮(zhèn)為例,采用人工實(shí)地測量數(shù)據(jù),對生產(chǎn)的地籍成果從界址點(diǎn)、房屋邊長和房屋面積3 方面進(jìn)行了分析,得出采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù),可以縮減成本,提高作業(yè)效率。魏軍等[2]提出將傾斜攝影用于農(nóng)村房地一體項(xiàng)目,可以得到符合地籍二級精度要求的地籍成果和滿足1∶500 比例尺的地形圖成果。李勇[3]提出將傾斜攝影、三維激光掃描技術(shù)和權(quán)屬調(diào)查APP 軟件用于農(nóng)村房地一體項(xiàng)目,并分別對其進(jìn)行了說明,得出采用多技術(shù)融合,可以有效提升地籍測繪效率,而且成果精度高,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性強(qiáng)。李帆等[4]提出將傾斜攝影技術(shù)用于房地一體項(xiàng)目,可以生產(chǎn)得到符合要求的大比例尺地籍成果,且采用全新的實(shí)景三維模型成果,可以有效提升指界確權(quán)的準(zhǔn)確性,有效提升了農(nóng)民的配合度。雖然很多學(xué)者提到了采用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行地籍成果的測繪,但是并沒有分析該技術(shù)存在的缺陷,比如因遮擋導(dǎo)致的航拍盲區(qū)帶來的模型拉花問題,地籍成果是在模型上采集的,模型一旦拉花,其精度不受保障,無法得到符合要求的地籍成果。從這點(diǎn)出發(fā),作者對傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行深入分析,提出采用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行地籍測繪,并對模型精度無法滿足地籍測繪要求的部分,采用虛擬立體像對進(jìn)行補(bǔ)充測量的作業(yè)方式。采用實(shí)地測量獲取的界址點(diǎn)和房屋邊長數(shù)據(jù),對本文方案得到的地籍成果精度進(jìn)行檢測。結(jié)果表明:基于本文方案得到的地籍成果,其精度可以滿足地籍二級精度要求,且未在外業(yè)實(shí)地進(jìn)行補(bǔ)充測量,提升了地籍測繪的作業(yè)效率,解決了外業(yè)工作量大的問題,基于實(shí)景三維模型直接確權(quán),解決了入戶調(diào)查難的問題。本文的方案為農(nóng)村房地一體項(xiàng)目的順利高效開展提供了借鑒。

        1 傾斜攝影測量技術(shù)

        傾斜攝影測量是指在飛行平臺上搭載多個(gè)航攝儀,在空中朝地面從多個(gè)角度進(jìn)行影像數(shù)據(jù)獲取,并基于多視影像密集匹配技術(shù)和三維重建技術(shù),得到符合要求的測繪產(chǎn)品的技術(shù)。由于無人機(jī)機(jī)動靈活性強(qiáng)、成本低,是目前使用最多的飛行平臺。而多個(gè)航攝儀一般是組合集成在一起的,常見的有2 鏡頭、3 鏡頭、5 鏡頭和9 鏡頭等,從獲取影像覆蓋度和相機(jī)重量角度出發(fā),最常見的是5 鏡頭相機(jī),其從4 個(gè)側(cè)視方向和1 個(gè)下視方向獲取影像,并且重量適中,可以搭載在常見的飛行平臺上,是目前使用最多的傾斜航攝儀。對于數(shù)據(jù)解算軟件來說,影像分辨率一致,不但解算效率高,而且精度高,從這個(gè)角度出發(fā),在5 拼航攝儀中,其側(cè)視焦距通常是下視焦距的1.4 倍,這樣可以保證獲取的影像分辨率一致,可以為數(shù)據(jù)的高精度高效率解算帶來保障。傾斜攝影測量示意圖如圖1 所示。

        圖1 傾斜攝影測量示意圖

        2 作業(yè)流程

        主要分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)2 部分工作,具體作業(yè)流程如圖2 所示。

        圖2 作業(yè)流程

        3 案例分析

        本次以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例,對本文提出方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。首先對測區(qū)進(jìn)行勘察,測區(qū)地勢平坦,樹木少,房屋分布較為密集。測區(qū)內(nèi)已有單鏡頭航攝影像,可用于任務(wù)區(qū)底圖的制作。

        3.1 像控點(diǎn)測量

        為了提升像控點(diǎn)成果的精度,在航攝前,首先進(jìn)行像控點(diǎn)靶標(biāo)的噴涂和測量。使用PIX4D 軟件,對已有的航攝影像進(jìn)行數(shù)據(jù)解算,得到任務(wù)區(qū)的正射影像成果,然后在正射影像的基礎(chǔ)上,結(jié)合測區(qū)范圍線,按照500 m 的間隔均勻布設(shè)像控點(diǎn),對于拐角處加密布設(shè)像控點(diǎn)。然后將布設(shè)的點(diǎn)位與正射影像疊加,提供給外業(yè)進(jìn)行像控點(diǎn)的測量?;谡溆跋瘢蓪ο窨攸c(diǎn)測量路線進(jìn)行規(guī)劃,然后進(jìn)行像控點(diǎn)的噴涂與測量。在噴涂時(shí),靶標(biāo)形狀為“L”,半徑為50 cm,然后進(jìn)行像控點(diǎn)坐標(biāo)的測量。本次共布設(shè)像控點(diǎn)30 個(gè),實(shí)際測量30 個(gè)。為了后期成果精度檢測的需要,本次采集房角點(diǎn)25 個(gè),丈量房屋邊長20 條。

        3.2 航線規(guī)劃與傾斜攝影

        將任務(wù)區(qū)范圍線導(dǎo)入到航線規(guī)劃軟件中,設(shè)置地面影像采樣分辨率為1.5 cm,航向外擴(kuò)2 條基線,旁向外擴(kuò)2 條航帶,航向、旁向重疊度分別為85%和80%,選用下視焦距為35 mm,側(cè)視為50 mm 的5 拼傾斜相機(jī),側(cè)視與下視夾角為45°。設(shè)置好參數(shù)后,一鍵提交,自動生成航線。在影像數(shù)據(jù)采集前,先對無人機(jī)設(shè)備全面進(jìn)行檢查,確保內(nèi)存卡、相機(jī)等正常工作,然后在起飛環(huán)境安全時(shí),完成無人機(jī)的起飛以及影像數(shù)據(jù)的航攝。在獲得航攝影像后,第一時(shí)間對影像的質(zhì)量進(jìn)行了檢查,影像清晰,對比度強(qiáng),色彩鮮明,成果質(zhì)量可以滿足項(xiàng)目要求,POS 數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)對應(yīng)完整,數(shù)據(jù)成果質(zhì)量整體良好,可用于后續(xù)空三解算和實(shí)景三維模型的生產(chǎn)。

        3.3 空中三角測量解算

        本次傾斜數(shù)據(jù)解算選用瞰景Smart3D 軟件。首先對影像數(shù)據(jù)和POS 數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,利用重命名軟件,對影像名字進(jìn)行更改,確保5 鏡頭數(shù)據(jù),每張影像名字是唯一的,然后對POS 進(jìn)行更名,確保POS 和影像對應(yīng)準(zhǔn)確。然后新建工程,加載影像數(shù)據(jù)和導(dǎo)入POS 數(shù)據(jù),手動輸入每個(gè)相機(jī)的相機(jī)焦距。之后提交空三任務(wù),開啟電腦上的引擎,完成空三數(shù)據(jù)的解算。解算完成后,對空三成果進(jìn)行查看,無分層、彎曲問題。設(shè)置像控點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)并導(dǎo)入像控點(diǎn),進(jìn)行像控點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺。根據(jù)像控點(diǎn)在像片上的位置,軟件采用不同的顏色對其進(jìn)行了表示,本次只選擇轉(zhuǎn)刺像控點(diǎn)位于影像中心區(qū)域的點(diǎn)位,這樣可以降低影像畸變帶來的誤差。待所有像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺完成后,提交平差任務(wù),完成加密點(diǎn)坐標(biāo)從相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到絕對坐標(biāo)。查看平差報(bào)告,像控點(diǎn)三維中誤差為0.005 m,精度良好,可直接用于三維模型的生產(chǎn)。

        3.4 實(shí)景三維模型生產(chǎn)

        三維模型的生產(chǎn)涉及多視影像密集匹配、不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建、白膜生成、紋理映射和格式轉(zhuǎn)換。首先基于空三加密成果,采用多視影像密集匹配算法,匹配得到稠密的三維離散點(diǎn)坐標(biāo);其次按照不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)原則,構(gòu)建不規(guī)則的三角網(wǎng),形成白膜;然后按照攝影測量中的共線方程以及影像的外方位元素,將三角網(wǎng)上的3個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)投影至影像的像方坐標(biāo)系中,從而得到帶有真實(shí)紋理的三維模型成果。在數(shù)據(jù)生產(chǎn)中,首先設(shè)置框架坐標(biāo)系統(tǒng),選擇瓦片切塊方式和設(shè)置瓦片大小,設(shè)置分塊原點(diǎn)和模型原點(diǎn),選擇模型輸出格式,提交建模任務(wù),完成實(shí)景三維模型的生產(chǎn)。本次生產(chǎn)的部分三維模型如圖3 所示。

        圖3 實(shí)景三維模型成果

        3.5 地籍測繪

        3.5.1 基于實(shí)景三維模型

        本次地籍測繪選用EPS 軟件,首先將OSGB 格式的模型和元數(shù)據(jù)XML 文件導(dǎo)入到EPS 軟件中,快速得到DSM 模型索引文件,然后加載DSM 到EPS 中,進(jìn)行地籍測繪,并利用模型生成得到0.05 m 的真正射影像,一并加載到EPS 軟件中,在DSM 上對房屋和宗地進(jìn)行采集,并將采集的成果套合到真正射影像上,對成果質(zhì)量進(jìn)行查看,有采集不合適的及時(shí)進(jìn)行修改。由于目前傾斜攝影的局限性和三維建模軟件的缺陷,自動化生產(chǎn)的三維模型,部分區(qū)域存在模型拉花變形,對于這種的房屋和宗地,在進(jìn)行地籍測繪時(shí),不能對其進(jìn)行采集,因?yàn)槠渚葻o法滿足項(xiàng)目要求,只對精度不足區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注;對于模型完整、未拉花的區(qū)域,直接在模型上完成地籍圖的采集和制作。對于有房檐的,采用EPS 中的房檐改正工具,對房檐進(jìn)行改正。

        3.5.2 基于虛擬立體像對

        由于模型拉花導(dǎo)致的精度不足問題,可采用空三進(jìn)行地籍測繪。首先從Smart3D 軟件中導(dǎo)出所有影像的外方位元素和內(nèi)方位元素,并導(dǎo)出未畸變照片。然后將其恢復(fù)到立體測圖軟件中,將在模型上采集的地籍成果導(dǎo)入立體測圖軟件中,找到標(biāo)注的區(qū)域,在立體環(huán)境下,基于虛擬立體像對,對該部分區(qū)域的宗地和房屋進(jìn)行采集,得到完整的地籍成果。

        3.6 精度檢測與分析

        本次對25 個(gè)房角點(diǎn)精度進(jìn)行檢測,部分檢測數(shù)據(jù)見表1,其中DX 代表2 個(gè)點(diǎn)在X 方向上的較差,DY 代表2個(gè)點(diǎn)在Y 方向上的較差,DS 代表2 個(gè)點(diǎn)之間的較差(直線距離)。

        表1 房角點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

        表2 界址點(diǎn)不同等級精度規(guī)定cm

        對20 條房屋邊長精度進(jìn)行檢測,得到的邊長較差折線圖如圖4 所示,其縱軸單位為cm。

        圖4 房屋邊長較差折線圖

        目前地籍測繪中,其界址點(diǎn)不同等級精度規(guī)定見表2。

        對本次檢測點(diǎn)和房屋邊長精度統(tǒng)計(jì)分析后可知,采用本文方案生產(chǎn)的地籍圖,其界址點(diǎn)中誤差為±7.6 cm,房屋邊長平均值為12.2 cm,其精度可以滿足界址點(diǎn)二級精度要求,且所有檢測點(diǎn)和房屋邊長的較差均為粗差,成果精度均勻。

        4 創(chuàng)新應(yīng)用

        傳統(tǒng)的指界確權(quán)工作,必須權(quán)屬人雙方本人到現(xiàn)場進(jìn)行指界。在農(nóng)村,由于外出務(wù)工人口多,且農(nóng)忙時(shí)期家中無人,導(dǎo)致指界確權(quán)工作很難推進(jìn)。針對這種問題,本文充分發(fā)揮了實(shí)景三維模型的優(yōu)勢,將實(shí)景三維模型用于指界確權(quán)。實(shí)景三維模型是將實(shí)地縮放到電腦上,真實(shí)地還原了實(shí)地情況,基于模型確權(quán)和實(shí)地確權(quán)完全一致。對于外出務(wù)工人員,可通過村委會聯(lián)系,對其進(jìn)行預(yù)約,在閑暇時(shí)完成指界確權(quán)的工作。對于未外出的,也無需挨家挨戶進(jìn)行指界確權(quán),可在村委會集體進(jìn)行指界確權(quán),可以有效提升指界確權(quán)工作,為房地一體項(xiàng)目的高效開展提供保障。

        5 結(jié)束語

        本文分析了傾斜攝影技術(shù),并將該技術(shù)用于地籍測繪,并著重對其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析,并采用實(shí)景三維模型和虛擬立體像對相結(jié)合的方式生產(chǎn)地籍成果,并將實(shí)景三維模型成果用于指界確權(quán),極大地提升了農(nóng)村地籍測繪的作業(yè)效率,有效解決了入戶難的問題,提升了農(nóng)民的配合度,保障了指界確權(quán)工作的順利推進(jìn)。

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