傾斜攝影測量技術在地籍測繪中的應用

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

關鍵詞：傾斜攝影測量技術;地籍測繪;重疊度;Smart3D

中圖分類號：P231? ? 文獻標識碼：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雜、數據量的特點，且對測量數據精準度的要求較高。傳統技術下，測量工作難度較大，且效率較低。傾斜攝影測量技術的出現，有效解決了上述問題，不僅減輕了工作負擔，且彌補了傳統測量方法存在的漏洞，提高了測量結果的準確性。可見，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的應用方法進行研究。

1 傾斜攝影測量技術的原理及特點

1.1 傾斜攝影測量技術的原理

傾斜攝影測量技術，為地籍測繪中的新技術。傳統地籍測繪工作所用的攝影技術，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，突破了傳統技術的缺陷。可在同一飛行平面上，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。該技術的應用，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獲得地籍測繪原始數據后，有關人員可對數據進行建模，使其以模型的形式呈現，以滿足大比例尺地圖的要求。傳統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。傾斜攝影測量技術的應用，可使大場景的建模工作成為可能，而相應軟件也可自動對影像數據進行處理。從長遠的角度看，這對地籍測繪工作質量以及效率的提高，具有重要價值。

1.2 傾斜攝影測量技術的特點

傾斜攝影測量技術的特點，主要體現在以下方面：（1）該技術下，有關人員可通過測繪結果，了解地物間的相互關系，且有助于了解周邊的真實情況，這對測繪結果參考價值的提升，具有重要意義[2]。（2）傾斜攝影測量技術，具有單張影像量測的功能。簡言之，有關人員可利用該技術，獲得某區域的測量數據。在此基礎上，同樣利用該技術，對成果影像進行處理，對該區域某一地物的高程、面積、角度、坡度等信息進行測量。該特點的存在，使得技術的優勢得到了充分的體現。（3）傾斜攝影測量技術可對建筑物側面紋理進行采集，為有關人員提供指導，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，有關人員所獲得的三維數據量可有效減少，處理難度同樣可有所減小，從長遠的角度看，傾斜攝影測量技術該特點的發揮，有助于提高地籍測繪效率。

2 傾斜攝影測量技術在地籍測繪中的應用方法

2.1 數據采集及處理

對數據進行采集與處理，是應用傾斜攝影測量技術進行地籍測繪的主要步驟之一。實踐經驗顯示，能否獲得高質量的數據，與采集圖像的質量存在聯系。而圖像的質量，則與采集設備性能、采集方法有關。為使數據采集精確度得到提高，應注意以下問題：（1）對地表物體進行拍攝時，應保證拍攝角度≥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，應低于60%，以免導致數據應用價值下降[3]。采用“O”形路線拍攝物體時，拍攝者應以拍攝點為圓心，均勻采集圖像。在此期間，相鄰區域的兩張圖像，應具有一定的重疊度，以便于識別，確保模型能夠顯示地表物體的表層細節。考慮到地表物體紋路單一，需適當增加拍攝范圍內的圖案背景，為物體提供參照物，降低數據處理難度。（2）獲取影像時，應確保拍攝的焦距固定，以確保匹配精準，確保模型能夠準確反映當地的地理特征。值得注意的是，拍攝時，應避免安裝魚眼鏡頭或廣角鏡頭，以免導致圖像立體匹配數據出現異常。

2.2 三維模型的構建

2.2.1 選擇建模軟件

數據采集及處理完成后，有關人員需對其進行整理，使數據成為一個體系，并建立相應的三維模型，使測繪當地的地理特征能夠體現在模型之中。建模的過程，需要利用三維建模軟件而進行。實踐經驗顯示，不同的軟件，測量精確度、后續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，提高數據處理效率。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。就數據以及測量的精細程度而言，Smart3D最為精細。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的后續處理工作較為簡單，處理量較小。通過對三種建模軟件優勢與缺陷的對比，選擇Smart3D進行建模可取得更加良好的效果。但值得注意的是，工作人員同樣可根據自身的測繪需求，對軟件進行選擇，以確保其性能能夠得到良好的發揮，為測繪結果準確性的提高奠定基礎。

2.2.2 確定適用范圍

研究發現，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：該軟件適用于復雜的幾何形態，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。但研究發現，如物體幾何形態單一，且表面具有反光的特點，則不應采用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，有關人員應對上述問題加以重視。基于Smart3D軟件的建模流程如下：（1）對軟件的一組原始數據特征進行提取，提取完成后，應根據不同的點，確定圖像之中不同事物之間的角度關系。（2）圖像之中如包含錯誤點，系統會自動預警，并對其進行修正。此后，便可建立起初步的地表模型。（3）人工導入四個點之間的坐標，便可建立起坐標系，最終建立起三維模型。

2.3 傾斜攝影測量優化

2.3.1 平面誤差分析與處理

對平面誤差進行分析與處理，是優化傾斜攝影測量結果的關鍵。有關人員可分別將y軸數據取值為10cm、20cm、30cm……200cm，以之為基礎，對x方向的誤差進行測量。為了測量y方向的誤差，并對其進行優化，有關人員則需將x的取值分別設置為10cm、20cm、30cm……200cm。例如：某次地籍測繪工作進行的過程中，有關人員采用上述方式，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化。通過計算發現，x方向最大誤差為A模型，數據為±5.32mm，最小誤差為B模型，數據為1.20mm。通過對A模型與B模型的對比發現，兩者的差異在于后者相機精確度更高。考慮到上述問題，有關人員需在應用傾斜攝影測量技術進行地籍測繪的過程中，適當提高相機的分辨率，以達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，對傾斜攝影測量結果的優化，同樣具有重要意義。有關人員可在測量的過程中，將x方向的數據分別設置為10cm、20cm、30cm……90cm。通常而言，模型高程的精確度，與其地籍測繪結果的精確度呈正相關。例如：某次地籍測繪工作進行的過程中，有關人員將x方向數值分別設置為了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。通過對該研究結果的觀察發現，z方向誤差與x方向數值無明顯聯系。有關人員應考慮通過控制地表體積、合理設置控制點等方式，縮小z方向誤差。值得注意的是，為確保測量結果準確，有關人員同樣應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，確保地籍測繪結果能夠真實反應當地的地理特征。

3 傾斜攝影測量技術在地籍測繪中的質量控制

3.1 平面精準度評價

地籍測繪三維模型建立完成后，有關人員需加入控制點，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生變化。控制點關系到模型之中的坐標原點、坐標軸是否準確。一旦該數據異常，模型的精確度必然下降。可見，對相關參數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，表明，三維模型中的各項參數，均未發生明顯的偏移。Smart3D軟件具有修正功能，借助上述功能，三維模型中數據的精確度同樣會明顯提升。對平面精準度進行測量時，為保證測量結果能夠真正反映當前的平面情況，應適當增加測量實驗的次數。通過對實踐經驗的總結發現，一般情況下，隨著地籍測繪區域的增大，誤差會逐漸增大，兩者呈顯著正相關。平面精準度評價完成后，如發現精準度達標，則可以對數據進行應用。反之，則應對數據進行調整，甚至考慮重新測量。

3.2 高程精準度評價

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

4 結語

綜上所述，本文對傾斜攝影測量技術在地籍測繪中應用問題的研究，為有關領域提供了指導，有助于優化傾斜攝影測量技術，提高地籍測繪平面、高程等參數的精準度，且可提高測繪效率，應用價值顯著。未來，有關領域應根據自身的需求，對該技術進行推廣應用，以使技術的價值得到充分的發揮，使我國地籍測繪工作質量能夠得到進一步的提高。

參考文獻

[1] 付博，陳姍，張俊.無人機傾斜攝影測量技術在三維數字城市建模中的應用[J].湖南工業大學學報，2019，33（05）：79-83.

[2] 杜永亮，呂杰.傾斜攝影和激光雷達在某輸電工程三維建模中的應用研究[J].江西電力，2019，43（08）：12-20.

[3] 陳志華，張俊賢，張克銘.云南高速公路無人機傾斜攝影測量實景三維模型建立方法改進及精度提高[J].測繪通報，2019（S1）：275-279.

[4] 張文春，范洪洋，林楠.基于免像控無人機傾斜攝影測量的實景模型裸眼三維測圖研究[J].福建建筑，2019（08）：126-129.

收稿日期：2019-11-02

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