傾斜攝影測量在條件復雜區域大比例尺地籍圖測繪中的應用

邵瀚 劉心怡 劉冉 黃瑞

摘要：指出了近些年隨著航空攝影的發展，傾斜攝影技術已在三維實景模型快速構建中得到廣泛應用，針對傳統測繪方法難以在西部山區、林區、建筑物密集區等復雜環境下作業的情況，詳細描述了傾斜攝影技術應用于大比例尺地籍圖測繪的技術流程，根據測區地勢起伏特點合理規劃了航線并采用變高飛行方案，以獲取高精度原始影像數據，該方案外業采集及內業成圖自動化程度較高，通過精度統計和分析，驗證了該技術方案滿足復雜地區大比例尺地籍圖測圖要求。

關鍵詞：傾斜攝影測量;大比例尺;地籍圖;航線設計

中圖分類號：P217

文獻標識碼：A?文章編號：1674-9944（2020）14-0202-04

1?引言

傾斜攝影建模技術是測繪領域近些年發展起來的一項高新技術，通過將多臺傳感器搭載到飛行平臺，從1個垂直、4個傾斜5個不同的視角方向同步采集影像，從而獲取被攝物體頂面及側面的高分辨影像信息[1]，在記錄影像信息的瞬間，通過POS系統記錄拍照瞬時的三維坐標值、航向傾角、旁向傾角、像片旋角外方位元素信息，利用采集的影像數據和POS數據通過建模軟件快速構建實景三維模型[2]。

傳統大比例尺地籍圖測繪方法主要利用RTK和全站儀實地采集特征點、地物點的三維坐標，再使用行業軟件編繪成果圖，由于大比例尺地籍圖測量要素多、精度要求高，在數據采集階段要求大量的測繪人員和儀器設備進行實地數據采集，需要投入較高的人力和時間成本[3]。除此以外，在西部山區、林區、建筑物密集區等復雜環境作業，由于衛星信號被阻擋，通視條件較差，使用傳統方法測量會導致測量結果誤差超限，進一步降低工作生產效率。

近些年隨著航空攝影的發展，使得飛行平臺搭載五鏡頭相機采集傾斜數據已較為成熟，也涌現出一系列將傾斜攝影技術應用于地籍測量的成功案列[4]，但絕大多數案例區域多數為平坦區域，在復雜西部山林地區大比例尺地籍圖測圖項目中的應用較少，本文以HARWAR MEGA-V8II為飛行平臺，搭載總像素1.92億、五鏡頭傾斜相機，對復雜場景試驗區進行數據采集、模型建立、三維測圖、成果精度評價，驗證傾斜攝影技術方案是否滿足復雜場景大比例尺地籍圖測圖規范要求[5]。

2?技術路線

基于傾斜攝影測量大比例尺地籍圖測繪的主要技術流程包括：資料收集與分析、項目設計測繪書的編制、航飛方案設計、像控點布設、傾斜數據采集、三維實景建模、內業地籍要素采集、質量檢查及精度評定等步驟，具體流程圖如圖1所示。

2.1?航飛設計階段

航飛設計階段首先要根據項目成果要求，收集測區已有資料，確定測繪坐標系統，然后根據測區情況制定飛行技術方案，編寫航飛項目設計書。飛行技術方案內容包括：確定無人機飛行平臺、傾斜攝影相機選擇、飛行區域、飛行航高、飛行速度、地面分辨率、航線重疊度和旁向重疊度、航帶架次數、照片曝光間隔等問題，同時需要向空管部門進行空域申請。

2.2?像控布設及作業飛行

考慮到大比例尺地籍圖成果精度要求高，需要外業工作人員對測區進行實地踏勘，并選擇合適的場地以便無人機的起飛和降落。在項目進場前，應當密切關注測區天氣狀況，選擇在能見度高、風速較低、沒有降雨的天氣條件下開展數據采集作業，同時應當預先布置像控點，像控點布設應滿足相應的設計規范要求，航飛人員應與像控布設人員及時對接，在各個航帶測區完成像控布設后立即開展數據采集工作，以免布設的像控點被破壞。航攝任務完成后，應及時檢查飛行和像片質量是否合格，像片是否虛焦、過曝、丟片，POS數據是否存在缺失記錄等問題。

2.3?空三加密及自動建模

三維實景建模內業處理過程中包括影像的預處理、像控點刺點、空三加密計算、點云生成，不規則三角網構建及紋理映射等步驟，由于數據量較多，可以采用多節點聯合運算提高處理速度。目前國內外已有多種軟件可以對傾斜影像進行自動解算，如ContextCapture、街景工廠、Photomesh等。

2.4?地籍圖生產

相比于傳統航測的雙目立體測圖方法，將實景三維模型導入到三維測圖軟件中，無需佩戴立體眼鏡，即可完成建筑物輪廓線的采集，由于建筑物存在屋檐、飄樓、陽臺等構件，在傳統航測測量時頂面建筑面積往往大于層建筑面積，通過實景三維模型，內業人員可以輕松實現屋檐、陽臺、飄樓的改正。除此之外，在采集建筑物輪廓線的同時，可以根據實際三維模型的紋理信息對地物的結構、材質進行類別屬性的判別。

2.5?外業補調及屬性掛接

基于傾斜攝影測量三維建模的技術方案會存在建筑物遮擋和粘連的問題，當存在建筑物樓間距小、建筑物密集或者建筑物被樹木圍繞時，這些現象都會導致實景三維模型構建粘連、建筑物拉扯變形或者建模不完整的問題存在。在內業進行建筑物輪廓線采集的同時，需要記錄此類問題項，通過外業作業人員對問題項進行實地修補測，若存在房屋結構不規則，存在較小的局部異性構造、折角、弧線等情況，實景三維模型難以精確展示結構的情況下，需要實地現場核實。在房屋地籍信息缺失的情況下需要進行實地屬性信息的采集，內業人員在獲取到外業修補測數據和地籍信息后需要進行房屋輪廓修改和屬性掛接操作。

2.6?成果輸出及質量檢查

在完成地籍全要素采集和外業修補測工作后，內業人員需要對地籍圖進行圖幅分幅、出圖整飾，并進行自檢和互檢工作，檢查完成后移交質檢部門進行過程檢查和最終檢查。檢查內容包括建筑物及其附屬構筑物的形狀、尺寸、材質等信息是否準確，是否滿足《地籍調查規程》TD/T1001-2012的技術標準，在項目部完成了質檢工作后，交由項目委托方進行組織驗收工作。

3?實驗分析

3.1?測區概況

試驗區位于重慶市涪陵區清溪鎮。總面積約為1.17 km2，地物類型主要包括房屋建筑、道路、樹木、耕地等，研究區內地勢以低山丘陵為主，東南高而西北低，海拔多在190～310 m之間。測區內新舊建筑物交錯分布、房屋密集，樓間距較窄，不規則，大多數房屋巷道無法通車，給傳統外業測繪工作帶來較大的不便。

3.2?試驗過程與結果

試驗區使用HARWAR Mega V8II 八旋翼無人機搭載5鏡頭1.92億像素傾斜相機，其中下視鏡頭2400萬像素和側視鏡頭單個為4200萬像素，在空中同時曝光采集5張不同方向的航空影像，航向重疊度和旁向重疊度均為80%。在航線設計前已經獲取測區1∶10000地形圖資料，制作了測區DEM地形成果，通過分析發現測區沿著河道地勢逐步抬升，如圖2所示，因此設計飛行航線沿著等高線擬合切線方向飛行，并采用變高飛行模式，保證飛行航高相對目標構筑物保持在90m左右的航高進行數據采集，單個架次飛行時長約為30min，共飛行6個架次，共采集像片數6350張，飛行參數如表1所示，影像分辨率為1.5cm，為保證測區最終地籍圖成果滿足大比例尺地籍圖成圖精度要求，在測區范圍內布設了66個像控點，像控點平均點間距約為150m，像控點分布如圖3所示。

將采集的影像通過預處理操作導入到Context Capture建模軟件進行影像匹配、空三計算、生成密集點云、構建不規則三角網、紋理映射等步驟，最終生成實際三維模型和正射影像。生成的實景三維模型如圖4所示。

將生成的模型導入到三維成圖軟件EPS中，根據三維實景模型完成道路、建筑物及其附屬設置、地貌、水系、獨立地物、植被等要素的矢量化采集工作，對模型上看不清的部分通過外業調繪補測，地籍圖成果執行《國家基本比例尺地形圖圖式 第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》（GB/T 20257.1-2007）、《地籍調查規程》（TD/T1001-2012）等規范要求進行符號化、編輯處理和出圖整飾，最終數字線劃圖如圖5所示。

3.3?精度分析與評價

測繪成果的精度分析與評價主要采用外業使用全站儀實地測量特征點作為檢查點和內業圖上采集特征點進行對比的方法，主要檢查點包括建筑物、道路、花壇、樓梯等特征較為冥想的構筑物。針對測區范圍，共采集了24個檢查點，均勻分布與整個測區。檢查點的誤差情況和統計表表2、表3所示。

通過表2、表3分析可以得出檢查點中誤差為0.17m。基于傾斜攝影測量大比例尺地籍圖測繪精度滿足《地籍調查規程》TD/T1001-2012中地物點相對于鄰近控制點的點位誤差標準要求，檢查點分布合理，測繪精度真實可靠。該評定結果表明，基于傾斜攝影測量技術的地籍圖測量方案可用于大比例尺地籍圖測繪。

4?結語

本文采用無人機搭載傾斜五鏡頭系統進行數據采集，針對西部山區地形地貌起伏特點，合理規劃航飛區域并采用變高飛行模型，始終保證無人機設計航高距離目標地物90 m左右相對航高，結合地面預先布設的像控點，保證了原始影像數據及實景模型成果質量。內業人員無需佩戴立體眼鏡既可以采集三維信息，有效減少了外業工作量。通過對測量成果精度統計及分析，可以看到傾斜攝影技術在大比例尺地籍圖中的精度可以滿足相關規范標準，相比于傳統的測量方法和技術流程，本文提供了一種高效率、低成本的測量技術方案，彌補了傳統測量技術方案在條件復雜區域作業困難的不足，同時也為今后傾斜攝影技術應用在大比例尺地籍圖測量提供了設計參數和技術參考。

參考文獻

[1]姜麗麗， 李曉雙， 劉紅軍. 基于傾斜攝影測量1∶500比例尺地形圖測繪的關鍵技術研究[J]. 測繪與空間地理信息， 2019，42（6）：189～191.

[2]王?瑩， 謝?飛， 吳弦駿， 等. 傾斜三維實景模型在大比例尺地形圖測繪中的應用[J]. 測繪通報， 2019（S1）：290～294.

[3]郭?嵐， 王春濤， 趙元務. 無像控無人機傾斜攝影測量在農村地籍測量中的應用[J]. 測繪與空間地理信息， 2019，42（4）：216～218.

[4]黎其添. 基于傾斜攝影測量的大比例尺地形圖測繪及精度評定[J]. 測繪通報， 2019（S1）：143～146.

[5]馬?銀， 鄭國強， 姚國標， 等. 基于傾斜攝影的大比例尺地籍測量及精度驗證[J]. 測繪工程， 2019，28（1）：67～72.