傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用研究

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目的測繪需求。為了按時高質(zhì)量完成農(nóng)村房地一體項目，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)用于房地一體項目，并以平鳳鎮(zhèn)為例，采用人工實地測量數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)的地籍成果從界址點、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。李帆等[4]提出將傾斜攝影技術(shù)用于房地一體項目，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)行補充測量的作業(yè)方式。采用實地測量獲取的界址點和房屋邊長數(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)實地進(jìn)行補充測量，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航攝儀，在空中朝地面從多個角度進(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、成本低，是目前使用最多的飛行平臺。而多個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 個側(cè)視方向和1 個下視方向獲取影像，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

本次以實際生產(chǎn)項目為例，對本文提出方案的可行性進(jìn)行驗證。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 像控點測量

為了提升像控點成果的精度，在航攝前，首先進(jìn)行像控點靶標(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，對于拐角處加密布設(shè)像控點。然后將布設(shè)的點位與正射影像疊加，提供給外業(yè)進(jìn)行像控點的測量?；谡溆跋?，可對像控點測量路線進(jìn)行規(guī)劃，然后進(jìn)行像控點的噴涂與測量。在噴涂時，靶標(biāo)形狀為“L”，半徑為50 cm，然后進(jìn)行像控點坐標(biāo)的測量。本次共布設(shè)像控點30 個，實際測量30 個。為了后期成果精度檢測的需要，本次采集房角點25 個，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，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，第一時間對影像的質(zhì)量進(jìn)行了檢查，影像清晰，對比度強，色彩鮮明，成果質(zhì)量可以滿足項目要求，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)置像控點坐標(biāo)系統(tǒng)并導(dǎo)入像控點，進(jìn)行像控點的轉(zhuǎn)刺。根據(jù)像控點在像片上的位置，軟件采用不同的顏色對其進(jìn)行了表示，本次只選擇轉(zhuǎn)刺像控點位于影像中心區(qū)域的點位，這樣可以降低影像畸變帶來的誤差。待所有像控點轉(zhuǎn)刺完成后，提交平差任務(wù)，完成加密點坐標(biāo)從相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到絕對坐標(biāo)。查看平差報告，像控點三維中誤差為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個點坐標(biāo)投影至影像的像方坐標(biāo)系中，從而得到帶有真實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)置分塊原點和模型原點，選擇模型輸出格式，提交建模任務(wù)，完成實景三維模型的生產(chǎn)。本次生產(chǎn)的部分三維模型如圖3 所示。

圖3 實景三維模型成果

3.5 地籍測繪

3.5.1 基于實景三維模型

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，不能對其進(jìn)行采集，因為其精度無法滿足項目要求，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 個房角點精度進(jìn)行檢測，部分檢測數(shù)據(jù)見表1，其中DX 代表2 個點在X 方向上的較差，DY 代表2個點在Y 方向上的較差，DS 代表2 個點之間的較差（直線距離）。

表1 房角點精度統(tǒng)計表

表2 界址點不同等級精度規(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，其界址點不同等級精度規(guī)定見表2。

對本次檢測點和房屋邊長精度統(tǒng)計分析后可知，采用本文方案生產(chǎn)的地籍圖，其界址點中誤差為±7.6 cm，房屋邊長平均值為12.2 cm，其精度可以滿足界址點二級精度要求，且所有檢測點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)揮了實景三維模型的優(yōu)勢，將實景三維模型用于指界確權(quán)。實景三維模型是將實地縮放到電腦上，真實地還原了實地情況，基于模型確權(quán)和實地確權(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)。