傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用

摘? 要：為提高地籍測繪水平，提高測量結(jié)果的精準(zhǔn)度，本文對傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用問題進行了分析。文章首先介紹了傾斜攝影測量技術(shù)，分析了技術(shù)的原理及特點。其次，主要從數(shù)據(jù)采集、三維模型的構(gòu)建、傾斜攝影測量優(yōu)化三方面出發(fā)，對技術(shù)的應(yīng)用方法進行了總結(jié)。最后，通過對平面與高程精準(zhǔn)度的觀察，證實了傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量技術(shù);地籍測繪;重疊度;Smart3D

中圖分類號：P231? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

0 引言

地籍測繪工作具有流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)量的特點，且對測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的要求較高。傳統(tǒng)技術(shù)下，測量工作難度較大，且效率較低。傾斜攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)，有效解決了上述問題，不僅減輕了工作負(fù)擔(dān)，且彌補了傳統(tǒng)測量方法存在的漏洞，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性?？梢?，為促進地籍測繪工作水平提高，有必要對傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用方法進行研究。

1 傾斜攝影測量技術(shù)的原理及特點

1.1 傾斜攝影測量技術(shù)的原理

傾斜攝影測量技術(shù)，為地籍測繪中的新技術(shù)。傳統(tǒng)地籍測繪工作所用的攝影技術(shù)，正射影像均需從垂直的角度給予拍攝，局限性較強。傾斜攝影測量技術(shù)，突破了傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷?？稍谕伙w行平面上，搭建多個傳感器，在垂直拍攝的同時，從四個傾斜角度一同對影像進行采集。該技術(shù)的應(yīng)用，更加符合人眼的特點，直觀性顯著增強。測量的過程中，有關(guān)人員可利用無人機完成航拍的過程，操控靈活性強，且測量成本低[1]。利用傾斜攝影測量技術(shù)獲得地籍測繪原始數(shù)據(jù)后，有關(guān)人員可對數(shù)據(jù)進行建模，使其以模型的形式呈現(xiàn)，以滿足大比例尺地圖的要求。傳統(tǒng)的地籍測繪三維模型，以平面矢量圖、正射影像圖等為主。采用上述方法建立模型，困難度較高。傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，可使大場景的建模工作成為可能，而相應(yīng)軟件也可自動對影像數(shù)據(jù)進行處理。從長遠(yuǎn)的角度看，這對地籍測繪工作質(zhì)量以及效率的提高，具有重要價值。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)的特點

傾斜攝影測量技術(shù)的特點，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）該技術(shù)下，有關(guān)人員可通過測繪結(jié)果，了解地物間的相互關(guān)系，且有助于了解周邊的真實情況，這對測繪結(jié)果參考價值的提升，具有重要意義[2]。（2）傾斜攝影測量技術(shù)，具有單張影像量測的功能。簡言之，有關(guān)人員可利用該技術(shù)，獲得某區(qū)域的測量數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，同樣利用該技術(shù)，對成果影像進行處理，對該區(qū)域某一地物的高程、面積、角度、坡度等信息進行測量。該特點的存在，使得技術(shù)的優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)。（3）傾斜攝影測量技術(shù)可對建筑物側(cè)面紋理進行采集，為有關(guān)人員提供指導(dǎo)，使其全面掌握建筑物的基本情況，這對城市三維建模成本的降低，具有重要價值。（4）利用傾斜攝影測量技術(shù)，有關(guān)人員所獲得的三維數(shù)據(jù)量可有效減少，處理難度同樣可有所減小，從長遠(yuǎn)的角度看，傾斜攝影測量技術(shù)該特點的發(fā)揮，有助于提高地籍測繪效率。

2 傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用方法

2.1 數(shù)據(jù)采集及處理

對數(shù)據(jù)進行采集與處理，是應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)進行地籍測繪的主要步驟之一。實踐經(jīng)驗顯示，能否獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，與采集圖像的質(zhì)量存在聯(lián)系。而圖像的質(zhì)量，則與采集設(shè)備性能、采集方法有關(guān)。為使數(shù)據(jù)采集精確度得到提高，應(yīng)注意以下問題：（1）對地表物體進行拍攝時，應(yīng)保證拍攝角度≥3個。3個角度中，必須包含垂直角度。拍攝時，角度與角度之間的重疊度，應(yīng)低于60%，以免導(dǎo)致數(shù)據(jù)應(yīng)用價值下降[3]。采用“O”形路線拍攝物體時，拍攝者應(yīng)以拍攝點為圓心，均勻采集圖像。在此期間，相鄰區(qū)域的兩張圖像，應(yīng)具有一定的重疊度，以便于識別，確保模型能夠顯示地表物體的表層細(xì)節(jié)?？紤]到地表物體紋路單一，需適當(dāng)增加拍攝范圍內(nèi)的圖案背景，為物體提供參照物，降低數(shù)據(jù)處理難度。（2）獲取影像時，應(yīng)確保拍攝的焦距固定，以確保匹配精準(zhǔn)，確保模型能夠準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)氐牡乩硖卣?。值得注意的是，拍攝時，應(yīng)避免安裝魚眼鏡頭或廣角鏡頭，以免導(dǎo)致圖像立體匹配數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。

2.2 三維模型的構(gòu)建

2.2.1 選擇建模軟件

數(shù)據(jù)采集及處理完成后，有關(guān)人員需對其進行整理，使數(shù)據(jù)成為一個體系，并建立相應(yīng)的三維模型，使測繪當(dāng)?shù)氐牡乩硖卣髂軌蝮w現(xiàn)在模型之中。建模的過程，需要利用三維建模軟件而進行。實踐經(jīng)驗顯示，不同的軟件，測量精確度、后續(xù)處理工作難度同樣有所不同[4]。對三維建模軟件進行合理選擇，有助于降低三維建模難度，提高數(shù)據(jù)處理效率。常用的三維建模軟件，包括PhotoScan、Smart3D，以及Pix4D mapper等。上述三者之中，不同軟件輸出格式、精細(xì)程度不同。就軟件體系而言，PhotoScan相對最輕，Smart3D則最重。就輸出格式種類而言，Smart3D種類最為豐富，適用性更強。就數(shù)據(jù)以及測量的精細(xì)程度而言，Smart3D最為精細(xì)。就難易程度而言，PhotoScan、Smart3D，以及Pix4D mapper，難度呈遞增趨勢。三者相互對比，Smart3D的后續(xù)處理工作較為簡單，處理量較小。通過對三種建模軟件優(yōu)勢與缺陷的對比，選擇Smart3D進行建?？扇〉酶恿己玫男Ч?。但值得注意的是，工作人員同樣可根據(jù)自身的測繪需求，對軟件進行選擇，以確保其性能能夠得到良好的發(fā)揮，為測繪結(jié)果準(zhǔn)確性的提高奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 確定適用范圍

研究發(fā)現(xiàn)，不同的三維建模軟件，適用范圍存在一定的差異。明確其適用范圍，對軟件應(yīng)用水平的提升，具有重要價值。以Smart3D軟件為例：該軟件適用于復(fù)雜的幾何形態(tài)，以及啞光圖案表面物體三維建模。例如：采用該軟件對人臉、雕像模型進行建立，效果一般較好。建立上述類型模型時，軟件的應(yīng)用范圍較大。從小范圍的角度看，采用Smart3D軟件對地形、建筑物以及自然景觀進行建模，同樣能夠取得良好的效果。但研究發(fā)現(xiàn)，如物體幾何形態(tài)單一，且表面具有反光的特點，則不應(yīng)采用Smart3D軟件建模，以免對建模效果造成影響。軟件的常見不適宜建模物體，以“墻體”、“天花板”、“玻璃”、“水面”等為主。地籍測繪的過程中，有關(guān)人員應(yīng)對上述問題加以重視?；赟mart3D軟件的建模流程如下：（1）對軟件的一組原始數(shù)據(jù)特征進行提取，提取完成后，應(yīng)根據(jù)不同的點，確定圖像之中不同事物之間的角度關(guān)系。（2）圖像之中如包含錯誤點，系統(tǒng)會自動預(yù)警，并對其進行修正。此后，便可建立起初步的地表模型。（3）人工導(dǎo)入四個點之間的坐標(biāo)，便可建立起坐標(biāo)系，最終建立起三維模型。

2.3 傾斜攝影測量優(yōu)化

2.3.1 平面誤差分析與處理

對平面誤差進行分析與處理，是優(yōu)化傾斜攝影測量結(jié)果的關(guān)鍵。有關(guān)人員可分別將y軸數(shù)據(jù)取值為10cm、20cm、30cm……200cm，以之為基礎(chǔ)，對x方向的誤差進行測量。為了測量y方向的誤差，并對其進行優(yōu)化，有關(guān)人員則需將x的取值分別設(shè)置為10cm、20cm、30cm……200cm。例如：某次地籍測繪工作進行的過程中，有關(guān)人員采用上述方式，對x方向以及y方向的誤差進行了測量，對平面測量的精確度進行了分析與優(yōu)化。通過計算發(fā)現(xiàn)，x方向最大誤差為A模型，數(shù)據(jù)為±5.32mm，最小誤差為B模型，數(shù)據(jù)為1.20mm。通過對A模型與B模型的對比發(fā)現(xiàn)，兩者的差異在于后者相機精確度更高?？紤]到上述問題，有關(guān)人員需在應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)進行地籍測繪的過程中，適當(dāng)提高相機的分辨率，以達(dá)到減小平面誤差的目的。

2.3.2 高程誤差分析與處理

對高程誤差分析與處理，對傾斜攝影測量結(jié)果的優(yōu)化，同樣具有重要意義。有關(guān)人員可在測量的過程中，將x方向的數(shù)據(jù)分別設(shè)置為10cm、20cm、30cm……90cm。通常而言，模型高程的精確度，與其地籍測繪結(jié)果的精確度呈正相關(guān)。例如：某次地籍測繪工作進行的過程中，有關(guān)人員將x方向數(shù)值分別設(shè)置為了10cm、20cm、30cm……90cm。在此條件下，對不同模型的z方向誤差進行了觀察。結(jié)果顯示，隨著x值的增大，部分模型的z誤差呈逐漸上升的趨勢，但部分模型中，z的誤差則呈下降趨勢。通過對該研究結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，z方向誤差與x方向數(shù)值無明顯聯(lián)系。有關(guān)人員應(yīng)考慮通過控制地表體積、合理設(shè)置控制點等方式，縮小z方向誤差。值得注意的是，為確保測量結(jié)果準(zhǔn)確，有關(guān)人員同樣應(yīng)在測量高程的過程中，對相機的分辨率、相鄰兩個圖像之間的重疊度進行控制，確保地籍測繪結(jié)果能夠真實反應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡乩硖卣鳌?/p>

3 傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的質(zhì)量控制

3.1 平面精準(zhǔn)度評價

地籍測繪三維模型建立完成后，有關(guān)人員需加入控制點，并對圖像進行絕對定向。完成上述操作后，模型中的控制點易發(fā)生變化?？刂泣c關(guān)系到模型之中的坐標(biāo)原點、坐標(biāo)軸是否準(zhǔn)確。一旦該數(shù)據(jù)異常，模型的精確度必然下降?？梢姡瑢ο嚓P(guān)參數(shù)的精確度進行控制較為重要。本文所述的地籍測繪工作中，控制點共設(shè)置了36個。x、y以及z方向，最大誤差分別為-0.13mm、0.04mm以及-0.11mm。上述誤差較低，且均處于允許范圍內(nèi)，表明，三維模型中的各項參數(shù)，均未發(fā)生明顯的偏移。Smart3D軟件具有修正功能，借助上述功能，三維模型中數(shù)據(jù)的精確度同樣會明顯提升。對平面精準(zhǔn)度進行測量時，為保證測量結(jié)果能夠真正反映當(dāng)前的平面情況，應(yīng)適當(dāng)增加測量實驗的次數(shù)。通過對實踐經(jīng)驗的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，一般情況下，隨著地籍測繪區(qū)域的增大，誤差會逐漸增大，兩者呈顯著正相關(guān)。平面精準(zhǔn)度評價完成后，如發(fā)現(xiàn)精準(zhǔn)度達(dá)標(biāo)，則可以對數(shù)據(jù)進行應(yīng)用。反之，則應(yīng)對數(shù)據(jù)進行調(diào)整，甚至考慮重新測量。

3.2 高程精準(zhǔn)度評價

除平面精準(zhǔn)度外，高程精準(zhǔn)度同樣為地籍測繪過程中需要考慮的主要問題之一。應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)獲得原始數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)建模后，工作人員同樣應(yīng)通過實驗的方式，對高程精確度進行測量。受土壤侵蝕問題的影響，采用傳統(tǒng)方式進行地表體積測繪，難度較高。如采用網(wǎng)格的方式對地表體積進行描述，則可更加準(zhǔn)確的反映出某一區(qū)域的地理特征。但為了達(dá)到該目的，保證高程測量精準(zhǔn)是關(guān)鍵。在此期間，有關(guān)人員應(yīng)對模型中的標(biāo)注點進行計算，并對實測標(biāo)注點的高程值誤差進行統(tǒng)計。另外，還需利用鐵框內(nèi)地表填充體積，以及注水體積，對模型高程的偏差量進行測量。實踐經(jīng)驗顯示，地籍測繪模型中，高程誤差一般無規(guī)律可循。但如將地表體積代入到計算的過程中，則會發(fā)現(xiàn)，隨著體積規(guī)格的增大，高程誤差逐漸增大，兩項數(shù)據(jù)呈正相關(guān)。反之，控制點密度越高，則高程精確度越高。可見，為保證高程測量結(jié)果準(zhǔn)確，適當(dāng)增加控制點密度，縮短測量面積，減小單次測量的地表體積較為重要。

4 結(jié)語

綜上所述，本文對傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中應(yīng)用問題的研究，為有關(guān)領(lǐng)域提供了指導(dǎo)，有助于優(yōu)化傾斜攝影測量技術(shù)，提高地籍測繪平面、高程等參數(shù)的精準(zhǔn)度，且可提高測繪效率，應(yīng)用價值顯著。未來，有關(guān)領(lǐng)域應(yīng)根據(jù)自身的需求，對該技術(shù)進行推廣應(yīng)用，以使技術(shù)的價值得到充分的發(fā)揮，使我國地籍測繪工作質(zhì)量能夠得到進一步的提高。

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收稿日期：2019-11-02

作者簡介：邢穩(wěn)（185—），男，安徽當(dāng)涂人，本科，測繪工程師，研究方向：工程測量、地質(zhì)測繪、地籍測量等。