無人機傾斜攝影在農(nóng)村房屋測量中的應用

楊 坤

(甘肅地礦局測繪勘查院，甘肅 蘭州 730060)

隨著農(nóng)村經(jīng)濟的不斷發(fā)展及農(nóng)村居民物權(quán)意識的提高，為維護農(nóng)民的合法權(quán)益，全國范圍內(nèi)開展了農(nóng)村房屋不動產(chǎn)確權(quán)登記發(fā)證工作。農(nóng)村房屋作為測繪工作的對象，具有房屋密集、缺少統(tǒng)一規(guī)劃、“鎖門”無法入戶測量等特點。因此，新技術(shù)要著力解決外業(yè)采集數(shù)據(jù)費時費力的問題，同時保證精度不降低。傳統(tǒng)航測利用無人機獲取高分辨率正射影像生產(chǎn)DLG技術(shù)只能獲取地物頂部信息，對于地物側(cè)面信息則無法獲得，從而需要加入大量的房檐改正工作以保證精度。而且立體眼鏡采集需要大量專業(yè)人員，需要長時間培訓，上手慢。無人機傾斜攝影技術(shù)彌補了這些不足。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 飛行平臺

采用四旋翼且具有可變換角度云臺的小型無人機系統(tǒng)，其具有快速便捷，機動靈活等優(yōu)點。特殊設計的云臺系統(tǒng)可實現(xiàn)相機在豎直方向的±90°旋轉(zhuǎn)，水平方向 360°旋轉(zhuǎn)，解決了單鏡頭相機切斜角度攝影的問題。表1為無人機的具體參數(shù)。

1.2 相機參數(shù)

傾斜相機均配備高精度的POS系統(tǒng)，將GPS系統(tǒng)和慣性測量單元（IMU，Inertial Measurement Unit）集成直接對相機進行定姿定位，表2列出了詳細參數(shù)。

1.3 飛控軟件與地面站軟件

飛控軟件使用大疆DJ GO，地面站軟件使用大疆GS Pro。

表1 飛行器參數(shù)

表2 相機參數(shù)

1.4 建模軟件與裸眼立體測圖軟件

建模軟件選用Smart3D CC，立體測圖軟件選用SV360軟件。

2 基于無人機傾斜攝影技術(shù)的農(nóng)村房屋測量方法

2.1 像控布設與測量

像控點是攝影測量控制加密和測圖的基礎(chǔ)，因此，野外像控點布設位置選擇的好壞和指示點位的準確程度,直接影響成果的精度。所以，野外工作需要重視像控點點位的選擇和保證指示點位的準確。同時，還要加強檢查工作，以確保后續(xù)作業(yè)正確無誤。在1：500農(nóng)房測量中，像控點間距應不大于100m，以九宮格形式均勻分布整個測區(qū)，像控標志應做到清晰可辨。像控測量在有條件地區(qū)可采用CORS-RTK圖根測量成果，測量時可適當增加測回數(shù)以提高精度。

2.2 航線規(guī)劃與數(shù)據(jù)采集

航線布設應按攝區(qū)走向直線方法敷設，平行于攝區(qū)邊界線的首末航線必須確保測視鏡頭能獲得測區(qū)有效影像。像片航向重疊設計為75%，旁向重疊設計為70%。航攝中出現(xiàn)的相對漏洞和絕對漏洞應及時補攝，應采用前一次航攝飛行的相機補攝，補攝航線的兩端應超出漏洞之外的兩條基線。

攝影時天氣情況要求良好，確保有足夠的光照度，攝影時太陽高度角應大于45°，陰影不大于1倍。攝影時間要求為10～15時為最佳選擇。影像質(zhì)量特別強調(diào)影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調(diào)一致，相同地物的色彩基調(diào)基本一致。有較豐富的層次，能辨別與地面分辨率相適應的細小地物影像，確保能建立清晰的立體模型。影像上不應有云、煙、大面積反光、污點等缺陷。如果存在少量缺陷但不影響立體模型的連接和三維模型建立，可以用于三維模型生產(chǎn)。

2.3 建立三維模型與立體測圖

在建立建筑物三維模型的過程中，相比垂直影像，傾斜影像有著顯著的優(yōu)點，因為它能提供更好的視角去觀察建筑物的側(cè)面，通過傾斜角度攝影，正好滿足了建筑物表面紋理生成的需要。通過傾斜攝影自動化建模軟件，經(jīng)過幾何校正、聯(lián)合平差、空三加密等一系列運算得到帶有高程的點云數(shù)據(jù)，再經(jīng)過抽稀后構(gòu)建一張連續(xù)的TIN三角網(wǎng)，最后把拍攝的高分辨率影像貼在三角網(wǎng)上，得到傾斜攝影模型。

立體測圖可采用專業(yè)的測圖軟件，如EPS地理信息工作站，SV360等。通過osgb格式真三維模型實現(xiàn)裸眼3d測圖，直接在帶有真實地理坐標的實景模型上進行要素的采集。

3 應用實例及精度分析

3.1 測區(qū)簡介

測區(qū)位于張掖市民樂縣南古鎮(zhèn)高新村，測區(qū)長500m，寬600m，面積約0.3Km2，地勢平坦，飛行區(qū)域空域良好。

3.2 測設像控

測區(qū)間隔50m布設一個像控點，采用九宮格形式布設，利用GSCORS進行圖根點測量，每個測回平滑采集10次，測2個測回。平面坐標采用CGCS2000國家大地坐標系。

3.3 影像獲取

利用大疆GS Pro地面站軟件編輯航線，設置地面分辨率1.5cm，相對行高60m，航向重疊率75%，旁向重疊率70%，分別獲取1個正射架次和4個傾斜架次照片以及POS數(shù)據(jù)。

3.4 三維建模

利用Smart3D CC建立三維模型，將拍攝的5組影像以及POS數(shù)據(jù)導入軟件，不加入像控點進行初次空三加密解算，成功后加入像控點進行第2次空三加密解算，采用分步空三加密計算可有效避免解算失敗。通過圖形工作站即可自動構(gòu)建三維模型，生成真三維模型。圖1為數(shù)據(jù)處理流程，圖2為真三維模型。

圖1 Smart3DCC三維建模工作流程

圖2 Smart3D CC三維建模成果

3.5 裸眼立體測圖

立體測圖采用迪奧普科技SV360智能三維測繪系統(tǒng)在生成的osgb格式模型上采集，可直接獲得dwg格式的線劃圖，如圖3所示。

圖3 SV360采集DLG成果

3.6 精度評價

利用SV360軟件測圖后再實地利用CORSRTK測量同名點對三維模型精度進行檢測，檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 農(nóng)村房屋調(diào)查成果界址點和房角點精度檢查表

根據(jù)《不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查技術(shù)方案》（試行）的要求，1：500地籍測量中誤差不超過0.05m，允許誤差不超過0.1m，從表中可看出三維模型精度可滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

利用多旋翼無人機進行傾斜攝影測量獲取數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)利用建模軟件還原三維模型，基于三維模型進行大比例尺數(shù)字化測圖，其精度可以滿足1：500地籍圖要求，并且相較于傳統(tǒng)的正射影像測圖可減少房檐改正工作量，可大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。所生產(chǎn)的中間產(chǎn)品三維模型亦可作展示用。實際生產(chǎn)過程中如能進一步提高無人機續(xù)航時間，相機像幅，鏡頭主距，相信將來能進一步提高效率，在地形、地籍測量中發(fā)揮更大作用。