村莊地籍調(diào)查中輪臺(tái)1∶1000真正射影像生產(chǎn)及其應(yīng)用評(píng)估

范彬彬，楊青山，包　琦，許正鵬

(1. 巴音郭楞蒙古自治州國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，新疆 庫(kù)爾勒 841000； 2. 新疆巴州國(guó)源測(cè)繪規(guī)劃中心，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

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村莊地籍調(diào)查中輪臺(tái)1∶1000真正射影像生產(chǎn)及其應(yīng)用評(píng)估

范彬彬1，楊青山1，包琦2，許正鵬2

(1. 巴音郭楞蒙古自治州國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，新疆 庫(kù)爾勒 841000； 2. 新疆巴州國(guó)源測(cè)繪規(guī)劃中心，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

以輪臺(tái)縣境內(nèi)具有村莊地籍調(diào)查代表性的哈爾巴格鄉(xiāng)喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村為研究區(qū)，基于數(shù)字表面模型(DSM)，完成真正射糾正，生成真正射影像(TDOM)。生成的真正射影像平面精度可達(dá)到0.1 m，優(yōu)于1∶1000數(shù)字線劃圖點(diǎn)位中誤差(0.4 m)的要求；TDOM能夠克服遮擋和傾斜問(wèn)題，建立完全垂直視角的地表景觀，使建筑物保持垂直視角，避免房屋對(duì)其他地表信息的遮擋，恢復(fù)地物的正確方位；將TDOM作為村莊地籍調(diào)查的工作底圖，直接對(duì)其進(jìn)行地物矢量化，可快速準(zhǔn)確地完成數(shù)字線劃圖(DLG)的繪制，省去立體測(cè)圖的過(guò)程，大大降低制圖成本，提高工作效率，在村莊地籍調(diào)查中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

地籍調(diào)查；無(wú)人機(jī)；真正射

一、概　述

1. 項(xiàng)目背景

為全面、準(zhǔn)確地查清宗地利用現(xiàn)狀，掌握真實(shí)的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立和完善土地調(diào)查、土地統(tǒng)計(jì)、土地登記等制度，構(gòu)建完整統(tǒng)一的土地登記體系和地籍管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地籍資料動(dòng)態(tài)更新，完善地籍管理制度，需開(kāi)展村莊地籍調(diào)查工作。開(kāi)展村莊地籍調(diào)查首先需要1∶1000比例尺的數(shù)字線劃圖(DLG)作為基礎(chǔ)圖件，但是目前需要調(diào)查的村莊大多沒(méi)有1∶1000比例尺的DLG。無(wú)人機(jī)能夠快速高效地獲取航拍數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行交叉航線飛行，其航拍數(shù)據(jù)可用于制作真正射影像(TDOM)[1]。TDOM相對(duì)于普通正射影像無(wú)需立體測(cè)圖，可在TDOM上直接勾繪生成DLG[2]。如何通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感，快速、高效地獲取TDOM，基于TDOM生成村莊地籍調(diào)查所需的1∶1000比例尺的DLG是村莊地籍調(diào)查能否順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。因此，為明確TDOM制作的可行性，以及TDOM的效率和精度，本文選擇輪臺(tái)縣境內(nèi)哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村為研究對(duì)象，開(kāi)展無(wú)人機(jī)村莊地籍調(diào)查T(mén)DOM制作工作。

2. 項(xiàng)目意義

村莊地籍調(diào)查中村莊呈點(diǎn)狀分布，采用傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量方法采集數(shù)據(jù)周期長(zhǎng)，無(wú)效區(qū)域大，成本昂貴，同時(shí)增加了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的工作量[3]。無(wú)人機(jī)具有靈活快速的特點(diǎn)，可針對(duì)每個(gè)村莊分別制訂飛行任務(wù)，快速提供大比例尺航空影像地籍調(diào)查底圖，大大節(jié)約了人力成本，縮短了調(diào)查周期[4]。然而，傳統(tǒng)DOM上的建筑物等地物目標(biāo)存在著明顯的傾斜、變形等問(wèn)題[5]，需要通過(guò)立體測(cè)圖才可生成村莊地籍調(diào)查所需要的基礎(chǔ)底圖DLG[6-8]。TDOM是一種更高級(jí)的正射產(chǎn)品。TDOM建立了完全垂直視角的地表景觀，建筑物保持垂直視角，在TDOM上，只顯示了房屋的頂部，不顯示側(cè)面，避免了房屋、樹(shù)木等高大地物對(duì)其他地表信息的遮擋，恢復(fù)了地物的正確方位[9-11]。可在TDOM上直接進(jìn)行地物矢量化，無(wú)需立體測(cè)圖，快速準(zhǔn)確地完成DLG的繪制，省去立體測(cè)圖，大大降低了制圖成本，提高了作業(yè)效率[12]。本文旨在明確TDOM相對(duì)于傳統(tǒng)DOM精度可以提高多少；TDOM所獲取的DLG是否可用作村莊地籍調(diào)查的工作底圖；TDOM獲取DLG比立體測(cè)圖方式獲取DLG效率能提高多少。以期為無(wú)人機(jī)真正射技術(shù)在村莊地籍調(diào)查中的應(yīng)用起到示范和推廣的作用。

3. 項(xiàng)目擬實(shí)施的主要范圍和內(nèi)容

1) 項(xiàng)目范圍：本次項(xiàng)目實(shí)施的范圍位于輪臺(tái)縣城西南方向，距離縣城約5 km，測(cè)區(qū)范圍為東經(jīng)84°11′0.95″—84°13′54.73″、北緯41°43′31.37″—41°45′22.49″之間，總面積約50 km2。

2) 項(xiàng)目?jī)?nèi)容：依據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地理特征和制作TDOM的要求制訂航飛計(jì)劃、執(zhí)行航飛采集數(shù)據(jù)、布設(shè)精確的控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)，經(jīng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理完成TDOM制作。

二、作業(yè)區(qū)自然地理概況

本次項(xiàng)目選擇哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村作為試點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)，村莊位于平原地帶，為農(nóng)業(yè)區(qū)，測(cè)區(qū)整體南北貫通，地勢(shì)北高南低，較為平坦，測(cè)區(qū)中央有居民區(qū)，房屋多為平房。測(cè)區(qū)高差較小，海拔最高995 m，最低959 m，平均海拔高度為975 m，地形為平原。

三、制作TDOM的主要技術(shù)要求

1. 飛行控制

對(duì)于同一區(qū)域分別進(jìn)行橫向和縱向的拍攝能夠獲得區(qū)域內(nèi)地物全方位的信息，航線設(shè)計(jì)如圖1所示，在數(shù)據(jù)處理時(shí)可增強(qiáng)模型內(nèi)部的連接性和穩(wěn)定性，提高成圖精度。制作TDOM對(duì)成圖精度的要求很高，因此本次試點(diǎn)項(xiàng)目采用交叉航線的方法制訂飛行計(jì)劃。交叉航線導(dǎo)致飛行任務(wù)加倍，需要多個(gè)架次才能完成飛行任務(wù)，需保證多個(gè)架次所攜帶的航攝儀(照相機(jī))規(guī)格參數(shù)一致，畸變參數(shù)相差較小(<1%)。在執(zhí)行航飛任務(wù)的過(guò)程中嚴(yán)格按照《無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)要求》[13]的要求，控制飛行質(zhì)量。

圖1　架構(gòu)航線示意圖

2. 坐標(biāo)系

無(wú)人機(jī)村莊地籍調(diào)查輪臺(tái)試點(diǎn)項(xiàng)目，采用1980西安坐標(biāo)系。高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3. 成圖比例尺

TDOM在村莊地籍調(diào)查中作為基礎(chǔ)地圖，要求兼?zhèn)湄S富清晰的紋理信息和準(zhǔn)確的地圖幾何屬性，采用1∶1000的大比例尺。

4. 地面分辨率

航拍原片的地面分辨率應(yīng)滿足1∶1000成圖比例尺的要求，地面分辨率高于10 cm，兼顧航飛的效率，本次項(xiàng)目航飛原片地面分辨率為8 cm。

5. 分幅與編號(hào)及投影方式

1∶1000比例尺采用國(guó)家基本比例尺地形圖的分幅與編號(hào)，采用高斯-克呂格投影。

四、制作TDOM的關(guān)鍵技術(shù)方法

1. 空三加密和三維點(diǎn)云生成

使用Pix4dMapper自帶功能以自動(dòng)完成相對(duì)定向、影像連接點(diǎn)的匹配。在自動(dòng)連接點(diǎn)匹配完成后，進(jìn)入RayCloud模塊進(jìn)行連接點(diǎn)的優(yōu)化。查看連接點(diǎn)，如果連接點(diǎn)不夠，寫(xiě)出空三結(jié)果，再次進(jìn)行連接點(diǎn)匹配，如果連接點(diǎn)足夠且分布均勻，進(jìn)行優(yōu)化直至各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。空三結(jié)果檢查合格后進(jìn)行點(diǎn)云匹配，生成間隔0.3 m的高密度的三維點(diǎn)云，如圖2所示。

圖2　密集匹配三維點(diǎn)云

2. 數(shù)字表面模型(DSM)

TDOM與傳統(tǒng)DOM制作的最大差別在于TDOM是基于數(shù)字表面模型(DSM)完成正射糾正的，而非DEM。因此DSM制作的過(guò)程和質(zhì)量直接決定了最終TDOM的效果[14]。制作DSM，首先利用交叉航線所獲得的大重疊度照片通過(guò)多基元多影像匹配法生成初步DSM，其次對(duì)初步匹配生成的DSM進(jìn)行遮擋區(qū)域檢測(cè)；然后對(duì)遮擋區(qū)域進(jìn)行分析和紋理修補(bǔ)，進(jìn)一步恢復(fù)建筑物的立體角度[15]；最后對(duì)修補(bǔ)好的DSM去噪和平滑，在立體模型下手工精細(xì)編輯DSM得到高精度的DSM，如圖3所示。

3. TDOM

應(yīng)用Pix4dMapper，在高精度DSM的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字微分糾正的方法糾正消除了所有視差，建立了完全垂直視角的地表景觀。建筑物保持垂直視角，只顯示了建筑物的頂部，不顯示側(cè)面，避免了高大建筑物對(duì)其他地表信息的遮擋，恢復(fù)了建筑物的正確方位，生成TDOM。對(duì)生成的TDOM中效果不理想的區(qū)域進(jìn)行手工編輯，交叉航線飛行獲得了同一地物多角度的拍攝信息，在進(jìn)行編輯時(shí)選取角度好、方向正的原片代替正射影像，使效果不好的區(qū)域得到改善。利用勻光勻色模塊經(jīng)過(guò)色彩均衡處理后交付用戶使用，圖幅接邊差不大于1 mm，如圖4所示。

圖3　數(shù)字表面模型(DSM)

圖4　真數(shù)字正射影像(TDOM)

五、TDOM質(zhì)量檢查

本文主要從制作TDOM的精度和直接勾繪生成DLG的效果兩個(gè)方面討論基于TDOM村莊地籍調(diào)查的適用性。

1. 精度驗(yàn)證

基于TDOM勾繪DLG前，需對(duì)其精度進(jìn)行系統(tǒng)的檢驗(yàn)，以確認(rèn)生成的TDOM質(zhì)量符合精度要求。在房屋腳點(diǎn)隨機(jī)布設(shè)30個(gè)檢查點(diǎn)(如圖5所示)，用于檢驗(yàn)無(wú)人機(jī)生成的TDOM數(shù)據(jù)質(zhì)量(見(jiàn)表1)。

經(jīng)檢驗(yàn)，TDOM檢驗(yàn)點(diǎn)平面和高程中誤差分別為0.10和0.15 m；100%檢驗(yàn)點(diǎn)平面中誤差和高程中誤差優(yōu)于《城市測(cè)量規(guī)范》(CJJ/T 8—2011)中6.1.6和6.1.7條款1∶1000數(shù)字線化圖點(diǎn)位平面中誤差0.4 m，高程中誤差0.33 m的要求[16]，質(zhì)量較好。

2. 遮擋和傾斜分析

對(duì)整個(gè)試驗(yàn)區(qū)域所有航片數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜與遮擋監(jiān)測(cè)與處理，可以生成真正射影像(如圖6所示)。將它與未進(jìn)行傾斜與遮擋分析的正射影像(如圖7所示)進(jìn)行比較，可以看出真正射影像中的建筑物傾斜部分已基本消除，每棟房屋的正射投影都位于正確位置，如圖中灰度矢量輪廓線所示；此外遮擋區(qū)域也被正確監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行了信息補(bǔ)償。

圖5　檢查點(diǎn)空間分布

圖6　進(jìn)行了遮擋與傾斜分析的真正射影像局部

圖7　未進(jìn)行遮擋與傾斜分析的正射影像局部面

表1　DSM和TDOM精度驗(yàn)證　m

六、基于TDOM村莊地籍調(diào)查可行性分析

圖8為基于真正射影像繪成的DLG，圖9為DLG疊加真正射影像。真正射影像克服了遮擋和傾斜問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了紋理的優(yōu)化采樣，較好地保持了真正射影像中清晰的房屋輪廓邊緣、完整的紋理結(jié)構(gòu)和良好的視覺(jué)效果。將所得真正射影像插入CASS軟件中，以真正射影像為底圖，通過(guò)CASS自帶的地物符號(hào)對(duì)其進(jìn)行矢量化，由于TDOM中建立起完全垂直視角的地表景觀，建筑物保持垂直視角，在TDOM上只顯示了建筑物的頂部，不顯示側(cè)面，避免了房屋、樹(shù)木傾斜對(duì)關(guān)鍵地物造成遮擋，恢復(fù)了地物的正確方位，因此關(guān)鍵地物清晰可見(jiàn)，易于將村莊地籍調(diào)查中的關(guān)鍵地物(如圍墻、道路、房角等)準(zhǔn)確地矢量化。將TDOM作為底圖，直接對(duì)其進(jìn)行地物矢量化，無(wú)需立體測(cè)圖，快速準(zhǔn)確地完成了DLG的繪制，省去了立體測(cè)圖，大大降低了制圖成本，提高了作業(yè)效率，具有較好的可行性。

七、結(jié)　論

本文選擇輪臺(tái)縣境內(nèi)具有村莊地籍調(diào)查廣泛代表性的哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村為研究區(qū)，采用交叉航飛的方法采集數(shù)據(jù)，對(duì)DSM遮擋區(qū)域進(jìn)行分析和紋理修補(bǔ)，恢復(fù)房屋的立體角度，基于DSM完成真正射糾正，生成TDOM。在完成質(zhì)量檢查的基礎(chǔ)上，將所得TDOM作為哈爾巴格鄉(xiāng)的喀什貝西村和吾夏克鐵熱克村村莊地籍的工作底圖，繪制DLG，得到如下結(jié)論：

1) 制作的TDOM具有較高的精度，平面中誤差為0.1 m，高程中誤差為0.15 m，優(yōu)于《城市測(cè)量規(guī)范》(CJJ/T 8—2011)中6.1.6和6.1.7條款1∶1000數(shù)字線劃圖點(diǎn)位平面中誤差0.4 m、高程中誤差0.33 m的要求。

2) TDOM能夠克服傳統(tǒng)正射影像的遮擋和傾斜問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)紋理的優(yōu)化采樣，較好地保持了真正射影像中清晰的房屋輪廓邊緣、完整的紋理結(jié)構(gòu)和良好的視覺(jué)效果，避免房屋、樹(shù)木傾斜對(duì)關(guān)鍵地物造成遮擋，恢復(fù)了地物的正確方位。

3) 將TDOM作為村莊地籍調(diào)查的工作底圖，可直接將關(guān)鍵地物進(jìn)行準(zhǔn)確的矢量化，無(wú)需立體測(cè)圖，能夠快速準(zhǔn)確地完成DLG的繪制，可大大降低制圖成本，提高作業(yè)效率，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

圖8　基于真正射影像繪成的數(shù)字線劃圖(DLG)

圖9　數(shù)字線劃圖(DLG)疊加真正射影像

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Evaluation on the Application of True Digital Orthogonal Projection Image as Production at 1∶1000 Scale in the Village Cadastral Survey of Luntai

FAN Binbin,YANG Qingshan,BAO Qi,XU Zhengpeng

范彬彬，楊青山，包琦,等.村莊地籍調(diào)查中輪臺(tái)1∶1000真正射影像生產(chǎn)及其應(yīng)用評(píng)估[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(10)：76-80.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0334.

2015-12-03;

2016-02-25

范彬彬(1987—)，男，工程師，主要從事攝影測(cè)量與遙感、地理信息系統(tǒng)的研究。E-mail：137268099@qq.com

楊青山

P23

B

0494-0911(2016)10-0076-05