◇三和數(shù)碼測(cè)繪地理信息技術(shù)有限公司 孫康寧

本文提出基于傾斜攝影進(jìn)行不動(dòng)產(chǎn)地籍圖的生產(chǎn)，將外業(yè)航飛影像數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化建模，然后基于模型進(jìn)行地籍圖生產(chǎn)，并以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例，對(duì)該方式生產(chǎn)的地籍圖精度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明：本方法生產(chǎn)的地籍圖精度平面點(diǎn)位中誤差可以達(dá)到3.5cm，精度可以滿足地籍規(guī)范二級(jí)精度要求，可以用此作業(yè)流程進(jìn)行地籍圖的生產(chǎn)。

傳統(tǒng)不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪，主要工作量在于測(cè)，其主要使用GPS-RTK、全站儀、鋼尺等設(shè)備，進(jìn)行房屋、宗地坐標(biāo)點(diǎn)和距離的量測(cè)[1-2]。這種方式需要的作業(yè)員多，且主要是在外業(yè)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，因此其生產(chǎn)作業(yè)效率低、生產(chǎn)成本也高，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也大。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其逐步在取代傳統(tǒng)的作業(yè)方式[3-4]?；诖怪睌z影測(cè)量進(jìn)行航空攝影，然后生產(chǎn)數(shù)字正射影像，基于數(shù)字正射影像進(jìn)行土地地塊的矢量化，將矢量化成果套合在正射影像上，生產(chǎn)工作底圖和公示圖，這種方式在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)中被廣泛使用，且取得了較好的效果。但是傳統(tǒng)的方法，無法滿足地籍圖精度要求，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的攝影方式搭載的是單鏡頭，獲取的是垂直攝影的影像，盲區(qū)太多，且分辨率達(dá)不到要求[5-7]。傾斜攝影較垂直攝影來說，其搭載的相機(jī)更多，獲取的影像角度更全面，作業(yè)過程中，可以低空飛行，獲取的影像分辨率更高，這都為后期成果用于地籍圖測(cè)繪提供了保障。本文分析了傾斜攝影的特點(diǎn)，并將傾斜攝影技術(shù)運(yùn)用到地籍圖生產(chǎn)項(xiàng)目上來，通過實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證了傾斜攝影技術(shù)生產(chǎn)地籍圖的可行性，為地籍圖生產(chǎn)提供新的作業(yè)模式。

1 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是一種新型的航空攝影技術(shù)，其特點(diǎn)是搭載多鏡頭航攝儀，可以進(jìn)行低空作業(yè)，在影像數(shù)據(jù)采集過程中，飛控可以控制多個(gè)航攝儀同時(shí)拍照。目前組合的多鏡頭航攝儀，其記錄POS都是記錄的下視鏡頭的，并沒有對(duì)側(cè)視鏡頭進(jìn)行記錄。常見的多鏡頭組合主要有搖擺2鏡頭、3鏡頭、5鏡頭等，其中以5鏡頭使用最多。5鏡頭由1個(gè)垂直鏡頭和4個(gè)側(cè)視鏡頭組成，垂直鏡頭主要獲取建構(gòu)筑物頂部的紋理信息，側(cè)視鏡頭從多個(gè)角度獲取建構(gòu)筑物側(cè)面的紋理信息。由于可以獲取側(cè)面紋理信息，減少了側(cè)視角度的視角盲區(qū)，因此后期模型重建的時(shí)候，才能準(zhǔn)確建出建構(gòu)筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu)，這樣一來，屋檐改正也有了保障。

傾斜攝影由多鏡頭組成，這樣獲取的影像分辨率差異是較大的。針對(duì)這種問題，結(jié)合焦距、像元大小、航高和地面影像分辨率之間的關(guān)系，讓側(cè)視鏡頭焦距比下視鏡頭焦距長即可。以側(cè)視鏡頭夾角為45度來算的話，其是下視鏡頭焦距的1.4倍即可。傾斜攝影建模主要分為兩部分，一部分是外業(yè)數(shù)據(jù)的獲取，另一部分是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的加工處理。外業(yè)主要包括航飛前的測(cè)區(qū)勘察、已有資料收集、航線規(guī)劃、空域申請(qǐng)、控制測(cè)量和航飛作業(yè)；內(nèi)業(yè)主要包括航飛成果預(yù)處理、空三解算、控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺及平差和三維重建，具體流程見圖1所示。

圖1 傾斜攝影建模流程

2 案例分析

房地一體項(xiàng)目主要對(duì)象是農(nóng)村房屋，農(nóng)村一般空域沒有特殊限制，但是農(nóng)村房屋分布無規(guī)律，大多數(shù)都是因地制宜，有的分散稀疏，有的密集。本次測(cè)試，以甘肅定西市某一農(nóng)村房屋為研究對(duì)象，通過從航飛到建模、再到地籍圖生產(chǎn)，全套流程進(jìn)行說明。

（1）測(cè)區(qū)勘察和已有資料收集。通過對(duì)任務(wù)區(qū)進(jìn)行勘察，可知任務(wù)區(qū)不在管控區(qū)，可以在確保安全時(shí)進(jìn)行航飛，可不申請(qǐng)空域。已有資料為2019年0.2米影像，可作為工作底圖和路線圖使用。測(cè)區(qū)內(nèi)房屋分散較密集，普遍以一層兩層建筑為主，無高層房屋，測(cè)區(qū)內(nèi)高差約10米。

（2）航線規(guī)劃。結(jié)合勘察得到的信息，選擇相機(jī)下視鏡頭為35mm，側(cè)視鏡頭為50mm，像元大小為6.4um，地面采樣分辨率為1.3cm，航飛高度為73米。結(jié)合任務(wù)區(qū)面積，選擇SH-30X型號(hào)飛機(jī)進(jìn)行航攝影像采集。設(shè)置航向重疊度為85%，旁向重疊度為80%，通過規(guī)劃，可一個(gè)架次完成影像數(shù)據(jù)的采集，共規(guī)劃得到POS點(diǎn)2421個(gè)。

（3）控制測(cè)量。本次控制點(diǎn)測(cè)量使用的設(shè)備是GPSRTK，采集的成果平面坐標(biāo)系統(tǒng)為CGCS2000，高程坐標(biāo)系統(tǒng)要求為85高，在實(shí)際采集時(shí)，按照大地高采集，然后對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行擬合解算，得到每個(gè)點(diǎn)位的85高。首先，距離任務(wù)區(qū)1km處有一個(gè)四等控制點(diǎn)，首先對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)采集，和已知坐標(biāo)值進(jìn)行比對(duì)，平面和高程較差均在1cm內(nèi)，說明儀器上參數(shù)設(shè)置沒問題，采集方法正確。然后按照150米左右的間距，均勻布設(shè)并采集點(diǎn)位。對(duì)于可以采用油漆噴涂的，直接采用紅白油漆噴涂對(duì)三角，然后對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行采集。對(duì)于不讓使用油漆噴涂的點(diǎn)位，用做好的靶標(biāo)放到合適的位置，然后在航飛前和航飛后各采集一次坐標(biāo)，確保點(diǎn)位未被移動(dòng)。點(diǎn)位噴涂時(shí)，要求周圍視野開闊，45度角上空無遮擋，這樣確保側(cè)視鏡頭的照片在后期進(jìn)行點(diǎn)位轉(zhuǎn)刺時(shí)，其點(diǎn)位是不被遮擋的。采集時(shí)，要求必須是固定解時(shí)才可以進(jìn)行采集，每個(gè)點(diǎn)位采集3次，然后取平均值作為最終的坐標(biāo)值，并對(duì)其實(shí)際位置進(jìn)行多角度、遠(yuǎn)近距離的拍照，便于內(nèi)業(yè)進(jìn)行點(diǎn)位的判定。本次作業(yè)中，共采集控制點(diǎn)38個(gè)。對(duì)于精度薄弱區(qū)域，直接采集房角點(diǎn)等位置的坐標(biāo)值，用于后續(xù)地籍圖精度的檢測(cè)，本次共采集26個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

（4）航飛作業(yè)。在確保航攝安全，且太陽高度角合適，天氣明亮?xí)r進(jìn)行作業(yè)，這樣既可以保證所采集影像陰影遮擋少，且能保證影像對(duì)比度明顯，視覺質(zhì)量好。在完成航飛前的一些列安全檢查后，無人機(jī)升空進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的采集。在采集影像的過程中，通過地面站時(shí)刻關(guān)注無人機(jī)的飛行狀態(tài)，在完成影像數(shù)據(jù)的采集后，第一時(shí)間完成無人機(jī)的安全降落。取出無人機(jī)上存儲(chǔ)影像的內(nèi)存卡，導(dǎo)出POS和影像數(shù)據(jù)，并對(duì)影像質(zhì)量進(jìn)行人機(jī)交互式檢查。本次航飛，除地面試拍的無效影像外，共得到有效影像12105張。

（5）數(shù)據(jù)預(yù)處理。通過人機(jī)交互的方式查看影像，影像質(zhì)量可以滿足項(xiàng)目需求。利用拖把更名器，對(duì)5鏡頭影像進(jìn)行重命名，確保參與運(yùn)算時(shí)，影像名字是唯一的。利用POS解算軟件，結(jié)合5鏡頭相機(jī)安置參數(shù)和平臺(tái)檢校參數(shù)，以下視鏡頭對(duì)應(yīng)的POS為基準(zhǔn)，對(duì)4個(gè)側(cè)視相機(jī)的POS進(jìn)行解算，并按照影像命名規(guī)則，對(duì)對(duì)應(yīng)的POS進(jìn)行重命名，確保在后續(xù)數(shù)據(jù)解算過程中，影像和POS是一一對(duì)應(yīng)的。

（6）空三解算。本次使用ContextCapture Center（下文簡稱CC）軟件，該軟件為美國本特利所有，是目前國內(nèi)用戶最多，市場占有率最高的一款自動(dòng)化建模軟件。新建工程，導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)，手動(dòng)錄入每個(gè)相機(jī)的焦距和傳感器大小，然后設(shè)置引擎路徑，其它各項(xiàng)參數(shù)均默認(rèn)，提交空三任務(wù)。待空三解算完成后，采用人機(jī)交互方式，對(duì)空三成果進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)在解算過程中，丟掉13張影像，但均為測(cè)區(qū)邊緣影像，不會(huì)對(duì)后期建模帶來影響?？杖晒w符合實(shí)際情況，未出現(xiàn)分層、彎曲等現(xiàn)象。由空三報(bào)告可知加密點(diǎn)重投影中誤差為0.42個(gè)像素，符合規(guī)范中未超過2/3個(gè)像元大小的要求。

（7）控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺及平差。控制點(diǎn)的作用是將空三加密點(diǎn)坐標(biāo)從相對(duì)坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換到大地測(cè)量坐標(biāo)系下，從而確保最終的成果系統(tǒng)符合作業(yè)要求。目前主流的差分技術(shù)，可以有效減少控制點(diǎn)數(shù)量，但是不能不用控制點(diǎn)，其成果還是要通過少量控制點(diǎn)進(jìn)行平差校正。首先在CC中選擇與控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，然后采用導(dǎo)入文本的形式導(dǎo)入控制點(diǎn)坐標(biāo)，選中需要轉(zhuǎn)刺的控制點(diǎn)，點(diǎn)擊預(yù)測(cè)的照片，然后將點(diǎn)轉(zhuǎn)刺到影像上。在對(duì)點(diǎn)位轉(zhuǎn)刺的過程中，對(duì)于位于影像邊緣、影像模糊區(qū)域、陰影嚴(yán)重覆蓋區(qū)域的點(diǎn)位不進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，這些區(qū)域的加密點(diǎn)精度不高，如果轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)，其點(diǎn)位首先很難準(zhǔn)確判斷，其次轉(zhuǎn)刺后，可能反而會(huì)影響整個(gè)空三的精度。位于影像邊緣的點(diǎn)位，其影像畸變大，減少邊緣區(qū)域點(diǎn)位的轉(zhuǎn)刺，可有效提升空三的整體精度。在完成控制點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺后，進(jìn)行平差計(jì)算。在提交任務(wù)時(shí)，需要將加密點(diǎn)選擇“保持”，這樣只進(jìn)行平差計(jì)算，不再進(jìn)行空三解算，可有效提升平差效率。目前CC軟件使用的平差算法為區(qū)域網(wǎng)平差，該算法平差精度高，是目前公認(rèn)的比較可靠的平差算法之一。待平差結(jié)束后，查看其平差報(bào)告，控制點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差為0.015米，高程點(diǎn)位中誤差未0.018米，平差精度完全滿足規(guī)范要求，空三成果可以直接用于三維模型的生產(chǎn)。

（8）三維建模。在空三成果的基礎(chǔ)上，提交建模任務(wù)。設(shè)置空間框架，瓦片切塊選擇水平規(guī)則格網(wǎng)切塊，瓦片大小設(shè)置為100米，平面簡化設(shè)置為0米，導(dǎo)入任務(wù)區(qū)范圍線，只對(duì)任務(wù)區(qū)內(nèi)的模型進(jìn)行生產(chǎn)。選擇輸出模型格式為OSGB，后續(xù)地籍圖采集需要此格式，其它選項(xiàng)默認(rèn)即可，提交建模任務(wù)，開啟集群電腦的引擎，進(jìn)行三維模型的生產(chǎn)，生產(chǎn)完模型后，再次提交生產(chǎn)5cm分辨率的真正射影像。

（9）地籍圖采集。本次地籍圖采集使用清華山維的EPS進(jìn)行。首先在三維測(cè)圖模塊下，將OSGB格式的模型和XML格式的元數(shù)據(jù)文件進(jìn)行加載，然后轉(zhuǎn)成EPS可以識(shí)別的DSM數(shù)據(jù)，然后加載DSM，這樣就可以將三維模型加載到EPS中，然后在模型上，利用EPS的不同命令，進(jìn)行房屋、圍墻、門頂?shù)炔煌?gòu)筑物的采集。加載超大正射影像，將真正射影像加載到EPS中，和采集的地籍圖成果進(jìn)行套合檢查，確保采集位置準(zhǔn)確，沒有遺漏。

3 精度分析與評(píng)定

本次精度檢測(cè)未對(duì)空三精度和模型精度進(jìn)行檢測(cè)，而是直接對(duì)地籍圖精度進(jìn)行檢測(cè)的。首先將控制點(diǎn)導(dǎo)入到EPS軟件中，設(shè)置平面和高程的殘差值，這樣可以直接輸出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告，26個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的殘差統(tǒng)計(jì)見表1，其中DS代表平面較差，DZ代表高程較差，單位均為cm。

由表1可知，26個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中，平面位置殘差最大為6.7cm，高程殘差最大為6.3cm。按照同精度中誤差[8-9]計(jì)算方法對(duì)表1中的26個(gè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，其平面點(diǎn)位中誤差為3.5cm；按照平均值代替中誤差，高程點(diǎn)位中誤差為4.8cm，均滿足地籍規(guī)范要求，表明本文的方法生產(chǎn)的地籍圖是可以滿足項(xiàng)目需求的。

表1 檢測(cè)點(diǎn)殘差統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)方式生產(chǎn)地籍圖的缺點(diǎn)，本文提出采用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行建模，然后在三維模型上進(jìn)行地籍圖采集的作業(yè)方法，并以實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證。通過驗(yàn)證可知，本文的方法生產(chǎn)的地籍圖，精度可以滿足地籍規(guī)范要求，且主要工作量在內(nèi)業(yè)，較傳統(tǒng)地籍圖生產(chǎn)方式來說，風(fēng)險(xiǎn)低、效率高、成本低，可以為類似項(xiàng)目的開展提供有效借鑒。