無(wú)人機(jī)傾斜攝影在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用

陳鳳玲

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

0 引言

房地一體項(xiàng)目的實(shí)質(zhì)是不動(dòng)產(chǎn)確權(quán),而地籍圖測(cè)繪是其中非常重要的組成部分。傳統(tǒng)的地籍圖測(cè)繪使用GPS-RTK和全站儀進(jìn)行界址點(diǎn)坐標(biāo)采集,利用卷尺進(jìn)行界址邊長(zhǎng)量測(cè)[1-3],當(dāng)測(cè)區(qū)建筑物密集時(shí),利用全站儀需要不斷換站,且測(cè)區(qū)信號(hào)不好時(shí),GPS-RTK便無(wú)法快速取得固定解,因此傳統(tǒng)的地籍圖測(cè)繪方法不但效率低且外業(yè)工作量大,風(fēng)險(xiǎn)較高[4-5]。為了解決這一問(wèn)題,滿足地籍圖測(cè)繪高效率、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、短工期的要求,提出采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)地籍圖的作業(yè)方案,基于任務(wù)區(qū)范圍線完成像控點(diǎn)布設(shè)和測(cè)量,利用航線規(guī)劃軟件完成航線規(guī)劃,進(jìn)行外業(yè)像控點(diǎn)采集和影像數(shù)據(jù)獲取。外業(yè)工作完成后,內(nèi)業(yè)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和整理,利用傾斜攝影建模軟件完成實(shí)景三維模型生產(chǎn),利用裸眼測(cè)圖軟件完成地籍圖測(cè)繪。利用外業(yè)采集特征檢查點(diǎn)和量測(cè)的界址邊長(zhǎng),對(duì)得到的地籍圖精度進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明,此方法生產(chǎn)的地籍圖界址點(diǎn)、界址邊長(zhǎng)精度均滿足地籍規(guī)范要求。

1 傾斜攝影測(cè)量的基本原理

傾斜是指獲取影像的角度是傾斜的,在傳統(tǒng)的垂直攝影測(cè)量中要求相機(jī)垂直地面獲取影像,而在傾斜攝影測(cè)量中要求相機(jī)與垂直視角存在一定的角度[6-8]。目前,常見(jiàn)的傾斜攝影相機(jī)組合主要有2鏡頭、3鏡頭、5鏡頭、9鏡頭等。以5鏡頭為例,其由4個(gè)側(cè)視相機(jī)和1個(gè)下視相機(jī)組成,其中下視視角主要獲取影像頂部的紋理信息,側(cè)視視角主要獲取建構(gòu)筑物側(cè)面紋理信息。通常側(cè)視和下視夾角為45°,這樣可以獲取更多的紋理信息,減少視角盲區(qū)。攝影測(cè)量中,航高、焦距、地面分辨率具有式(1)關(guān)系:

H=f*GSD/a

(1)

其中,H是相對(duì)航高,f是相機(jī)焦距,GSD是地面分辨率,a是像元大小。在5拼相機(jī)中,a通常是相同的,數(shù)據(jù)解算要求GSD相同,這樣有利于獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù),由此可知,H和f成正比關(guān)系。由于下視和側(cè)視存在45°的夾角,由直角等腰三角形可知,側(cè)視鏡頭距離被攝物體(假設(shè)地面平坦)的距離是下視的1.41倍,這樣才可以獲得相同分辨率的影像,當(dāng)下視鏡頭焦距為35 mm時(shí),側(cè)視鏡頭焦距為50 mm。

2 房地一體測(cè)量技術(shù)路線

房地一體測(cè)量主要包括外業(yè)數(shù)據(jù)獲取和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)解算處理兩部分,主要流程如圖1所示:

圖1 技術(shù)路線圖Fig.1 Technology roadmap

3 實(shí)例應(yīng)用

實(shí)例來(lái)源于某房地一體項(xiàng)目中的某一村。該村面積約1.5 km2,宗地約有100宗,分布較密集,地勢(shì)平坦。在掌握了任務(wù)區(qū)概況后,決定采用傾斜攝影方式進(jìn)行地籍圖測(cè)繪。

3.1 像控點(diǎn)采集

像控點(diǎn)采集主要包括布設(shè)和測(cè)量?jī)刹糠帧榱吮Ｕ享?xiàng)目精度,按照300 m間距均勻布設(shè)點(diǎn)位,在任務(wù)區(qū)邊緣和拐角處均需布設(shè)像控點(diǎn),共布設(shè)像控點(diǎn)16個(gè)。完成像控點(diǎn)布設(shè)后,利用GPS-RTK進(jìn)行像控點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量。為了提高內(nèi)業(yè)像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺精度,像控點(diǎn)測(cè)量使用紅白對(duì)三角形作為靶標(biāo),采集2個(gè)三角形的相交點(diǎn),每個(gè)點(diǎn)位至少采集3次,每次至少平滑20次,且要求全部是固定解,同一點(diǎn)多次采集的坐標(biāo)平面、高程較差均要求小于1 cm,采集的同時(shí),需從不同角度采集3張能反映點(diǎn)位及周邊地物相對(duì)關(guān)系的實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)照片。為了便于后期對(duì)地籍圖精度進(jìn)行檢測(cè),按照同樣的方式,在精度薄弱區(qū)域均勻采集12個(gè)特征檢測(cè)點(diǎn)用于地籍圖界址點(diǎn)的檢測(cè),利用鋼尺在精度薄弱區(qū)域量測(cè)10條界址線,用于地籍圖界址邊長(zhǎng)精度的檢測(cè)。

3.2 影像數(shù)據(jù)獲取

利用旋翼無(wú)人機(jī)完成影像數(shù)據(jù)獲取。將任務(wù)區(qū)范圍線外擴(kuò)150 m,導(dǎo)入無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃軟件中,設(shè)置地面采樣分辨率為1.5 cm,選用相機(jī)像元尺寸為3.9 um,焦距為35 mm,相對(duì)航高為134 m,設(shè)置航向、旁向重疊度均為80%。將規(guī)劃好的航線上傳云臺(tái),完成無(wú)人機(jī)自動(dòng)獲取影像數(shù)據(jù)。要完成無(wú)人機(jī)起飛前的一系列檢查,查看相機(jī)是否正常曝光等。獲取過(guò)程中,通過(guò)地面站觀察飛機(jī)飛行狀態(tài),確保其受控。影像數(shù)據(jù)采集完成后,完成無(wú)人機(jī)的降落并迅速取出內(nèi)存卡,對(duì)影像和POS進(jìn)行檢查,確保成果可用,完成無(wú)人機(jī)的拆卸裝箱。

3.3 空中三角測(cè)量解算

數(shù)據(jù)解算使用ContextCapture(下文簡(jiǎn)稱(chēng)CC)軟件,新建工程,導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù),設(shè)置相機(jī)焦距,完成加密點(diǎn)的匹配,以POS為標(biāo)準(zhǔn),完成POS坐標(biāo)系下的相對(duì)定向。導(dǎo)入外業(yè)采集像控點(diǎn),對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)刺。為了減小影像畸變帶來(lái)的誤差,只轉(zhuǎn)刺位于影像中間區(qū)域的點(diǎn)位,對(duì)影像邊緣點(diǎn)位不進(jìn)行轉(zhuǎn)刺。待所有像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺完成后提交平差任務(wù),完成空中三角測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差。通過(guò)查看平差報(bào)告可知,本次空三加密點(diǎn)重投影中誤差為0.31個(gè)像素,遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的2/3個(gè)像素大小,像控點(diǎn)平面中誤差為0.003 m,高程中誤差為0.002 m,精度符合規(guī)范要求,成果可直接用于實(shí)景三維模型的生產(chǎn)。

3.4 實(shí)景三維模型制作

結(jié)合成果坐標(biāo)系統(tǒng)和電腦配置,選擇空間框架和像控點(diǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)相一致,瓦片劃分為規(guī)則平面劃分,切塊大小為130 m,模型輸出格式選擇OSGB,輸出坐標(biāo)系和像控點(diǎn)坐標(biāo)一致,影像質(zhì)量選擇100%,重疊度設(shè)置為0.3 m,其余參數(shù)默認(rèn),提交重建任務(wù),開(kāi)啟多臺(tái)集群電腦引擎,完成實(shí)景三維模型的快速生產(chǎn)。圖2所示為部分實(shí)景三維模型。

圖2 實(shí)景三維模型Fig.2 Live 3D model

3.5 地籍圖測(cè)繪

使用的EPS軟件支持3種數(shù)據(jù)源進(jìn)行地籍圖測(cè)繪,分別為點(diǎn)云數(shù)據(jù)、DOM+DSM和實(shí)景三維模型,使用CC軟件生產(chǎn)的OSGB格式模型進(jìn)行地籍圖測(cè)繪。將xml文件和Data文件夾加載到EPS軟件中自動(dòng)轉(zhuǎn)換,生產(chǎn)得到索引文件DSM,再加載DSM文件到軟件中,基于DSM文件完成地籍圖測(cè)繪。其主體是宗地和房屋,對(duì)于規(guī)則的四邊房屋,可采用五點(diǎn)房命令進(jìn)行快速繪制?；鶞?zhǔn)面的選擇非常重要,應(yīng)在一個(gè)平滑的面上采集兩個(gè)點(diǎn)位,用來(lái)定位第一條界址線的走線,結(jié)合兩條界址線垂直關(guān)系快速采集房屋。采集宗地時(shí)選擇對(duì)應(yīng)圖層,使用多邊形命令完成地籍圖測(cè)繪。

4 精度統(tǒng)計(jì)與分析

將采集的特征檢查點(diǎn)導(dǎo)入EPS軟件中,對(duì)地籍圖精度進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 界址點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of boundary point accuracy

由表1可知,12個(gè)界址檢查點(diǎn)中較差最大的為13.1 cm,最小的為6.9 cm,以算數(shù)平均值代替中誤差,中誤差為9.3 cm,小于地籍規(guī)范二級(jí)中誤差10 cm,故而精度可滿足地籍二級(jí)精度要求。

在地籍圖上量取對(duì)應(yīng)的界址邊長(zhǎng)并與外業(yè)采集的界址邊長(zhǎng)進(jìn)行比較,得到二者的較差,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知,本次10條界址邊長(zhǎng)的較差最大小于16 cm,小于2倍的二級(jí)地籍界址點(diǎn)中誤差,因此其精度滿足地籍二級(jí)精度要求。

圖3 界址邊長(zhǎng)較差折線圖Fig.3 Line graph of the difference of boundary length

5 結(jié)束語(yǔ)

以實(shí)際項(xiàng)目為例,采用傾斜攝影方式進(jìn)行實(shí)景三維模型生產(chǎn),利用裸眼測(cè)圖技術(shù)完成模型宗地和房屋采集。采用外業(yè)實(shí)地采集的特征檢查點(diǎn)和界址邊長(zhǎng),對(duì)得到的地籍圖精度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明,此方法生產(chǎn)得到的地籍圖在界址點(diǎn)精度和界址邊長(zhǎng)精度上均滿足地籍測(cè)繪二級(jí)精度要求,可為同行提供參考。