應(yīng)用傾斜攝影開展房地一體化

鐘棉卿

（中交通力陜西環(huán)境綠化工程有限公司，陜西西安 710075）

0 引言

傾斜攝影技術(shù)通過獲取地物多視角、重疊度極高的高分辨率影像，經(jīng)圖像處理技術(shù)自動識別地物特征點、密集匹配技術(shù)獲取豐富的立體相對，生成海量的三維地物點云，結(jié)合影像真實色彩，建立地物的真實表面模型，是近年來迅速發(fā)展的三維建模新技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、自然資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、旅游、電力、水利、油田、文物保護(hù)等領(lǐng)域。本文結(jié)合這項技術(shù)的現(xiàn)狀，提出利用傾斜攝影技術(shù)開展農(nóng)房一體化的方和可行的作業(yè)流程，闡明新技術(shù)在房地一體化工作中的適應(yīng)性。

1 傾斜攝影測量技術(shù)現(xiàn)狀

目前，基于傾斜攝影測量開展建模，已經(jīng)有了成熟的商業(yè)產(chǎn)品，國外傾斜攝影自動建模軟件主要有：法國Acute3D公司的ContextCapture－Center、法國Astrium公司的StreetFactory、美國Skyline公司的PhotoMesh等[1]。這些產(chǎn)品利用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實景三維建模，建模效率高、自動化程度高，但精細(xì)化差、無法實現(xiàn)建筑物單體化。

國內(nèi)傾斜攝影軟件也有了很大的發(fā)展，如北京東方道爾公司生產(chǎn)的Lidar+Cixtex，武漢華正公司的Lidar+3DRealWorld采用機(jī)載LiDAR和傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實景三維建模[2]。組合系統(tǒng)能實現(xiàn)建筑物單體化，模型相對精細(xì)，效率較低。每個傾斜攝影工程都需要飛兩種設(shè)備，作業(yè)門檻和成本都偏高，三維模型的效率較傳統(tǒng)方式有較大進(jìn)步。超圖軟件針對傾斜攝影三維建模的特點，在2015年推出的SuperMap GIS7C版本攻克了海量傾斜模型加載、單體化等諸多技術(shù)難題并對其應(yīng)用進(jìn)行了深入的挖掘，走在了世界前列。在后處理軟件方面，武漢天際航信息科技股份有限公司于2014年下半年開發(fā)的傾斜攝影三維模型修復(fù)優(yōu)化處理軟件DP Modeler，完善和豐富了產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。

2 無人機(jī)傾斜攝影房地一體化解決方案

2.1 技術(shù)方案測試

傾斜攝影測量生產(chǎn)真實景三維模型受地形、飛行方案、傳感器角度、采用的軟件等影像，需要首先采用不同飛行平臺搭載不同相機(jī)進(jìn)行測試，檢查獲取的影像質(zhì)量，從而確定最適的飛行平臺和相機(jī)類型；然后設(shè)計出多套像控測量方案，并獲取多種分辨率的傾斜影像；再根據(jù)傾斜影像的分辨率、重疊度、POS精度情況，進(jìn)行空三加密參數(shù)的設(shè)置，生產(chǎn)實景模型；最后基于實景模型進(jìn)行地籍要素采集，并對成果精度進(jìn)行檢查，檢查方法主要是通過外業(yè)實地抽樣巡查的方法，使用解析法檢查成果的平面精度。

2.2 傾斜航空攝影方案設(shè)計

2.2.1 飛行方案設(shè)計

為滿足高精度的地籍測量要求，必須采用專業(yè)的傾斜攝影設(shè)備，采集地面分辨率優(yōu)于2cm的影像數(shù)據(jù)，且根據(jù)測區(qū)地形地貌、氣候情況和飛行空域情況[3]，安全合理的布設(shè)航線，計劃航攝時間，申請空域。航空攝影時需要充分考慮地形高差導(dǎo)致的精度誤差，同時山區(qū)的山體高度和山谷風(fēng)對低空飛行安全帶來的各種隱患。

不同于傳統(tǒng)攝影測量，傾斜攝影為獲取更多的側(cè)面信息，避免遮擋，傾斜攝影采用多角度航拍的方式，航攝重疊度也由傳統(tǒng)的航向65%左右、旁向30%左右增加至航向和旁向均在70%以上。

傾斜攝影應(yīng)用于地籍測量時的航攝方案設(shè)計需因地制宜，綜合考慮建筑物密度、高度、植被遮擋、地形起伏、風(fēng)速、相機(jī)曝光時間等的影響，選用滿足項目要求的相機(jī)，設(shè)計適合的影像重疊度和地面分辨率，進(jìn)行大量的地籍測量試點驗證工作，總結(jié)出一套傾斜攝影用于地籍測量的航攝設(shè)計方案。

2.2.2 像控方案設(shè)計

像控點結(jié)合吐根控制測量來布設(shè)，點位選擇點位的選擇既要滿足圖根控制點的要求，也要滿足像控點對地面條件的要求，同時在圖根控制點上布設(shè)輔助標(biāo)識，這樣既可以滿足航空攝影測量的要求，也可以滿足后期地籍要素測量的要求。考慮到傾斜攝影獲取的傾斜影像受地物遮擋影響較大，且需滿足后續(xù)空三加密和地籍測量的精度要求，像控測量往往先于傾斜攝影，需提前在地面開闊區(qū)域布設(shè)地標(biāo)，地標(biāo)尺寸需適中。地標(biāo)密度根據(jù)測試情況進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理方案設(shè)計

包括空三加密方案設(shè)計和基于實景三維模型的地籍要素采集兩方面內(nèi)容。傾斜攝影需采用適用于傾斜攝影方式的空三加密軟件，如StreetFactory、ContextCaptureCenter、PhotoMesh 等。

實景三維模型可直觀表現(xiàn)地形地貌特征及建筑物細(xì)節(jié)，逼真的表現(xiàn)地物的紋理和色彩4，而且在實景三維模型上房屋可通過采集兩墻面，直接交匯出房角，不需縮房檐；房屋層數(shù)和房屋材質(zhì)可識別；路面性質(zhì)、獨立地物性質(zhì)也可清晰判別，因此基于實景三維模型進(jìn)行大比例尺DLG生產(chǎn)，在地籍測量、不動產(chǎn)測繪等領(lǐng)域，具有無可比擬的優(yōu)勢。

2.3 作業(yè)流程

2.3.1 控制測量

即像控點的布設(shè)和測量，像控點一般布設(shè)于開闊的平坦地面上，避免被周圍植被、高大建筑所遮擋，像控點位于平面上，能減少高差造成的精度損失，在像控點上布設(shè)明顯的地標(biāo)，易于在影像上識別，像控點采用GPS設(shè)備全野外實測。

2.3.2 低空無人機(jī)傾斜攝影

按照測試區(qū)確定的攝影測量參數(shù)與無人機(jī)飛行的參數(shù)開展外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作，還應(yīng)因地制宜的考慮測區(qū)內(nèi)的地形高程起伏，高聳地物的影響和地區(qū)風(fēng)力對對低空飛行安全帶來的各種隱患。此外，為保證前后視鏡頭、側(cè)視鏡頭覆蓋整個攝區(qū)，傾斜攝影在目標(biāo)區(qū)域外側(cè)至少需多敷設(shè)兩條航線。

2.3.3 空三加密

本項目涉及的空三匹配和平差解算都可由ContextCaptureCenter軟件自動完成，基于圖像處理自動提取大量顯著的物特征點，經(jīng)基于多視角的影像的密集自動匹配技術(shù)獲取海量的地物表面點云。軟件基于瓦片技術(shù)，將每一個瓦片打包建立成為一個任務(wù)，利用消除畸變差的多視影像和空三優(yōu)化后的高精度外方位元素構(gòu)建立體像對。

2.3.4 實景三維構(gòu)建

ContextCaptureCenter軟件可實現(xiàn)實景模型的三維自動化生產(chǎn)?；诘匚锉砻婷芗狞c云構(gòu)成不規(guī)則三角形TIN模型，根據(jù)影像提供的真實紋理信息，生成三維真實感模型。

2.3.5 基于實景三維的地籍測量

本項目采用清北京山維科技股份有限公司研發(fā)的EPS 3DSurvey三維測圖系統(tǒng)進(jìn)行地籍要素測量。該系統(tǒng)提供了基于正射影像、實景三維模型、傾斜影像、點云數(shù)據(jù)的二三維采集編輯工具，支持大數(shù)據(jù)瀏覽以及高效采編建庫一體化，直接對接基礎(chǔ)測繪、不動產(chǎn)、智慧城市等專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。針對地籍測量，EPS 3DSurvey三維測圖系統(tǒng)具有專有的快捷房屋繪制、模型提取、地物采集等專用功能模塊。

3 技術(shù)優(yōu)勢

應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，可以迅速獲取真正攝影像圖、數(shù)字地表模型，由于高分辨率相機(jī)的迅速發(fā)展，小型無人機(jī)技術(shù)低空作業(yè)的優(yōu)勢，很容易就能獲得分辨率極高的、細(xì)節(jié)充分的真實感實景農(nóng)村場景模型，房屋的拐點和其他的地物特征點易于辨識，房檐無需外業(yè)調(diào)繪，房屋層數(shù)和房屋材質(zhì)可識別；路面性質(zhì)、獨立地物性質(zhì)也可清晰判別；可輕易量測陽臺等附屬設(shè)施等，為房地一體化項目的開展打開了一條高效的作業(yè)模式，大量減少外業(yè)調(diào)繪和工作量。其技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

3.1 高精度的數(shù)據(jù)成果

應(yīng)用傾斜攝影測量的技術(shù)使用高重疊度的高分辨率影像組，獲取了豐富的多余觀測值，通過了嚴(yán)密的控制測量方案嚴(yán)格控制了地物特征點的匹配精度，模型誤差能達(dá)到cm級，能達(dá)到地籍測量的要求。另外，通過多視角的影像對，實現(xiàn)了封閉區(qū)域、不易達(dá)區(qū)域的建模，有利于充分的采集數(shù)據(jù)，使使測繪成果精度更加均勻。

3.2 生產(chǎn)工藝自動化水平高

隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)水平的提高，實現(xiàn)了無人機(jī)的自動化飛行，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中，商業(yè)軟件和研究軟件自動匹配，生成三維實景模型，將傳統(tǒng)模式下辛苦、勞動強(qiáng)度高的測量工作，轉(zhuǎn)化道內(nèi)業(yè)基于實景模型的立體采集工作上，內(nèi)外業(yè)人員可實現(xiàn)輕松測圖。

3.3 有利于質(zhì)量控制

對于質(zhì)檢部分，實現(xiàn)對成果檢查由外業(yè)抽查移植到內(nèi)業(yè)檢查，數(shù)據(jù)成果疊加實景三維模型，輕松抽查丟漏、測錯、取舍不合理等質(zhì)量問題。

傳統(tǒng)作業(yè)模式需要道實地進(jìn)行檢查，只能抽查，采用傾斜攝影測量構(gòu)建三維實景模型后，數(shù)據(jù)的檢查大部分工作可以基于三維實景模型看展，成果檢查從外業(yè)被移植到內(nèi)業(yè)，輕松檢查丟漏、測錯、取舍不合理等質(zhì)量問題。

3.4 減少了外業(yè)調(diào)繪，保障了作業(yè)安全

基于高分辨率的三維實景模型，地物狀態(tài)一目了然，無需調(diào)繪房檐；房屋層數(shù)和房屋材質(zhì)可識別；路面性質(zhì)、獨立地物性質(zhì)也可清晰判別；極大程度上減少了地物遮擋，可輕易量測陽臺等附屬設(shè)施，使外業(yè)調(diào)繪工作量大幅度減少。新技術(shù)使大量的外業(yè)工作在內(nèi)業(yè)就可以完成，不受天氣影響，既保障了作業(yè)人員的作業(yè)安全，同時也能解決外業(yè)拒測的居民區(qū)或施工工地采集難的問題。

4 總結(jié)

本文基于房地一體化的工作內(nèi)容和傾斜攝影測量的技術(shù)優(yōu)勢，探討了將傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于房地一體化項目的可行性，并通過一個具體的案例介紹了采用此技術(shù)開展房地一體化的技術(shù)方案和作業(yè)流程，討論了重點和難點，并總結(jié)了技術(shù)優(yōu)勢所在，搭載低空無人機(jī)開展房地一體化工作，具有高效的數(shù)據(jù)獲取能力，配合自動化的商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，提高了內(nèi)外業(yè)的自動化水平，大大減少了生產(chǎn)作業(yè)的周期，能夠生產(chǎn)高精度、真實感以及低成本的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，希望新技術(shù)在地籍測量、房屋調(diào)查等領(lǐng)域得以推廣應(yīng)用。