傾斜攝影測量技術(shù)在第三次土地調(diào)查中的應(yīng)用

木合買提艾力依明

【摘要】傾斜攝影作為在傳統(tǒng)航空攝影之上發(fā)展起來的新技術(shù)，由于其增加了不同角度的相機拍攝，使得采集的信息更全面，并在自動化建模軟件的支撐下能快速、低成本的構(gòu)建出逼真的三維模型;從而使得傾斜攝影技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，并具備廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】傾斜攝影測量技術(shù);土地調(diào)查;應(yīng)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.113

在無人機傾斜攝影測量興起之前，大比例尺地圖數(shù)據(jù)采集基本上采用傳統(tǒng)全站儀結(jié)合RTK的形式，這種形式數(shù)據(jù)精度高，缺點是內(nèi)外業(yè)協(xié)同程度不高。同時，傳統(tǒng)測繪采集數(shù)據(jù)形式單一。但是隨著技術(shù)不斷發(fā)展，無人機傾斜攝影測量、三維激光掃描以及激光雷達技術(shù)不斷成熟，測繪的相關(guān)行業(yè)以及地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用行業(yè)，對測繪數(shù)據(jù)的多元化有越來越多的要求，實景三維模型和點云數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。既提高了數(shù)據(jù)多元化水平，也加快了地理信息數(shù)據(jù)更新的速度，還拓展了測繪數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域。

1、傾斜攝影應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

傾斜攝影產(chǎn)業(yè)鏈中涉及諸多技術(shù)環(huán)節(jié)，除了硬件設(shè)備的研發(fā)，軟件方面的關(guān)鍵技術(shù)集中于自動化建模技術(shù)和平臺應(yīng)用技術(shù)。目前自動化建模技術(shù)主要掌握在國外，國內(nèi)有企業(yè)和科研院所正在攻關(guān)中，但尚未達到國產(chǎn)替代的程度。平臺應(yīng)用技術(shù)上國產(chǎn)軟件則已經(jīng)走到世界的前列。具體包括：海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)、單體化技術(shù)、效果修補技術(shù)等。

（1）海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)指的是傾斜攝影模型數(shù)據(jù)量往往非常龐大，1km2的數(shù)據(jù)量在0.5～2GB，這樣中小城市的建成區(qū)就能達到幾十乃至上百GB。不過好在傾斜攝影自動化建模軟件可以輸出標準的OSGB格式，且數(shù)據(jù)本身就自導(dǎo)了的LOD（金字塔層級結(jié)構(gòu)）。利用數(shù)據(jù)自帶的LOD，超圖軟件通過直接讀取OSGB，并match運用LOD來優(yōu)化調(diào)度，做到再大的數(shù)據(jù)量也可以實現(xiàn)瞬間加載，性能非常流暢。

（2）傾斜攝影的單體化技術(shù)就是利用三角面片的可分割性質(zhì)，解決傾斜攝影數(shù)據(jù)的三維模型可分離單體化問題。該方法首先繪制切割多邊形，確定單體化模型邊界，然后使用包圍盒方法進行求交檢測，獲得需要切割的三角面片（點云構(gòu)建的DTM三角網(wǎng)）。之后計算求交檢測所得三角面片與切割多邊形的交點，然后詳細分析切割多邊形與三角面片相交時的不同相交情形，并針對不同的相交情形采用不同的切割方法。最后，對相交區(qū)域三角面片進行裁切并重構(gòu)，再紋理重構(gòu)并實現(xiàn)多細節(jié)分層后得到分離的單體化模型。該技術(shù)方法可有效實現(xiàn)傾斜攝影三維模型的分離單體化。

（3）關(guān)鍵技術(shù)是效果修補。效果修補技術(shù)是指傾斜攝影生成的實景三維模型數(shù)據(jù)，通過空洞區(qū)模型導(dǎo)出，邊界自動提取，三角網(wǎng)重構(gòu)等方法來實現(xiàn)空洞修補。傾斜攝影模型是軟件算法自動生成，由于算法限制和拍攝角度等原因造成表面不夠平整、底商效果不佳等問題，和人工建模存在明顯差距。天際航軟件可人工干預(yù)休整傾斜模型表面，以及參照街景影像修繕底商效果。超圖軟件則可通過自帶水面符號彌補傾斜模型的水面空洞，還原波光粼粼的水面效果;以及通過配置點和三維符號來提供更好的樹木等小品效果。

2、項目區(qū)概況

測區(qū)位于云南省昆明市呈貢區(qū)西北部，處于東經(jīng)102°47′24″至102°48′23″、北緯24°52′56″至24°54′12″。項目區(qū)總面積2.22km2。地勢東北高西南低，海拔在1800m以上。

3、數(shù)據(jù)獲取

本次實驗在進行影像數(shù)據(jù)采集之前，首先到測區(qū)范圍內(nèi)進行實地踏勘，綜合測區(qū)地理位置條件以及起飛場地限制，采用大疆M600無人機，搭載SONYILCE-7RM2五鏡頭相機，分為8個區(qū)域進行航線劃分，采集到53，000余張照片，影像數(shù)據(jù)500G，一共布設(shè)了40個像控點。

4、三維建模

外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)應(yīng)盡快送達內(nèi)頁作業(yè)員處，首先進行快拼，檢查影像數(shù)據(jù)的完整性以及是否拉花，然后將影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart3D軟件中，通過人機交互的形式進行解算，主要包括空三解算、影像匹配、點云生成并構(gòu)網(wǎng)及紋理映射等，為了提高作業(yè)效率，采用多節(jié)點聯(lián)合運算。

5、精度分析

為了驗證傾斜三維模型精度和質(zhì)量滿足土地開發(fā)項目需求，在布設(shè)像控點過程中隨機且均勻地選取了48個檢查點，對模型精度進行全面驗證。在模型量取對應(yīng)點坐標，與實際測量數(shù)據(jù)對比，為方便比較，將模型與實際采集數(shù)據(jù)差值取絕對值?？梢钥闯觯喝S模型中的檢查點高程方向的誤差普遍大于方向和方向;方向和方向的誤差絕對值分布較為均勻，且基本小于0.2m;高程方向的誤差絕對值分布較為離散，最大誤差接近0.3m。說明本次實驗構(gòu)建的真三維模型的平面精度要高于高程精度。

根據(jù)模型坐標與實際坐標相比較，通過中誤差計算公式，計算出整個模型坐標的中誤差為：

Δx=0.05m;

Δy=0.05m;

Δz=0.06m。

查詢《地籍測量規(guī)范》和《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》。我們可以得知，無人機傾斜攝影測量生產(chǎn)的傾斜三維模型，在精度上既符合《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》的要求，同時也符合《地籍測量規(guī)范》中的精度規(guī)定，在精度上完全能夠滿足一級土地開發(fā)項目的需要。

6、土地開發(fā)項目應(yīng)用

基于無人機傾斜模型進行土地開發(fā)，首先能夠在較短的時間內(nèi)，將開發(fā)范圍內(nèi)的現(xiàn)狀以三維模型的形式固定下來，防止因加蓋擴建而導(dǎo)致的補償費用上的矛盾;其次，傾斜三維模型能夠?qū)⒌匚锛y理很精細地表現(xiàn)出來，在內(nèi)業(yè)僅需少量的作業(yè)人員就能夠?qū)㈨椖繀^(qū)范圍內(nèi)的地形圖和房屋矢量數(shù)據(jù)繪制出來，同時基于三維模型還能夠?qū)⒎课莶馁|(zhì)和樓層信息采集到。大大節(jié)約了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的工作量，同時節(jié)省了大量的人力、物力和時間成本。將傾斜三維模型導(dǎo)入EPS軟件中，對地面附著物進行矢量化，同時基于精細三維模型進行房屋結(jié)構(gòu)、樓層和行政區(qū)劃等屬性判讀，并在SuperMapiDesktop軟件中，將相關(guān)屬性添加到房屋矢量面的屬性表中，建立數(shù)據(jù)庫。對于少量遮擋、漏測部分，通過外業(yè)調(diào)繪進行補測。按照本次項目工作量，使用全站儀與RTK結(jié)合的方法，進行碎部數(shù)據(jù)采集，并內(nèi)業(yè)繪制成圖，需要20名作業(yè)人員花費一個月采集數(shù)據(jù)并繪制成圖，同時對于屬性調(diào)查工作仍需花費一個月時間?；跓o人機傾斜攝影測量采集房屋信息，本次項目總共動用5名作業(yè)人員，1名內(nèi)業(yè)建模，4名外業(yè)獲取影像數(shù)據(jù)，待模型生成完成，5名作業(yè)人員共同采集矢量和屬性數(shù)據(jù)，總共花費15d的時間。后期少量調(diào)繪、補測以及房屋權(quán)屬調(diào)查等工作花費一個月，總工期在50d左右。

結(jié)語：

本文提出了土地一級開發(fā)項目新的數(shù)據(jù)采集方式，通過無人機影像生產(chǎn)的實景三維模型，并且經(jīng)精度檢驗完全滿足數(shù)據(jù)采集的需求，基于此模型進行房屋相關(guān)屬性采集，相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)，基于三維模型進行數(shù)據(jù)采集需要較少的作業(yè)人員，花費了更少的作業(yè)時間，節(jié)省了大量的成本。

參考文獻：

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