無人機傾斜攝影測量技術在房地一體項目中的應用

李國旗

(山東無形信息技術有限公司,山東 泰安 271000)

0 引言

傳統的地籍測量是利用全站儀、GPS-RTK、鋼尺等設備進行坐標點采集與長度量測,并將其繪制在草圖上,結合采集的坐標點與量測長度,參照草圖,在CASS軟件中進行電子圖的繪制。這種作業方式外業工作量大,對于房屋長度的量測需要入戶完成,作業進度緩慢,長期外業風險較高,作業成本高[1-3]。針對這些問題,提出使用傾斜攝影測量方式進行地籍圖的生產,以實際項目為例,驗證了該作業方案的可行性。利用外業采集的特征檢測點,對傾斜攝影方式生產的地籍圖精度進行檢測,結果表明,外業采集的15個特征檢測點最大平面點位誤差為7.6 cm,中誤差為5.9 cm,滿足地籍圖二級7.5 cm精度要求,可作為一種高效的方式進行地籍圖的生產。

傾斜攝影是在飛行器上搭載多臺影像傳感器,從空中對地面進行多角度、全方位影像數據的獲取[4-6]。目前,常見的飛行器是無人機,而搭載的多臺傳感器主要有5鏡頭、3鏡頭及2鏡頭等。以5鏡頭為例,其由4個側視相機與1個下視相機組成。側視相機主要從側面獲取被攝物體的信息,下視鏡頭則是垂直對地面物體進行拍攝,這樣獲取的地物信息更加豐富,盲區更少[7-8]。5鏡頭相機的下視與側視夾角通常為45°,在攝影測量中獲取影像的分辨率與航高、焦距等有關。同款相機,當參數一致時,側視相機與被攝物體的距離是下視相機的1.4倍,這樣獲取的影像分辨率不一致,不利于數據解算。為了獲取的影像分辨率一致,需對下視相機進行調焦,令側視焦距為下視相機焦距的1.4倍,以獲取相同分辨率的影像。

采用傾斜攝影測量技術生產地籍圖,主要包括影像數據采集、像控點布設與采集、空中三角測量解算、實景三維模型生產、地籍圖生產等,具體作業流程如圖1所示。

圖1 傾斜攝影技術生產地籍圖的流程

1 案例分析

本次任務位于某農村,該村住戶外出較多,采用傳統方式很難對居民區內的建筑物角點坐標值及房屋長度進行量測,故決定采用傾斜攝影方式進行地籍圖生產。

1.1 影像數據獲取

航線規劃。將任務區范圍線坐標系統定義合適,轉為kml格式導入到航線規劃軟件中。結合地形與任務區面積,本次作業選用旋翼無人機。設置航向、旁向重疊度為85%,高重疊度可有效減少視角盲區,增加可用信息。影像地面采樣分辨率設置為1.5 cm,航飛下視焦距選擇35 mm,側視相機選擇50 mm,航高設置為80 m,這樣可獲取高清晰度的影像。為了保證測區邊緣模型完整,在航向上外擴3個曝光點,在旁向上外擴200 m。

影像數據采集。完成航線規劃后,進行影像數據的采集。采集前,需對無人機的各項參數指標進行檢查,檢查各接口是否卡扣牢固,電池電量是否充足,通電并在地面上完成試拍,內存卡讀寫數據是否正常,POS記錄裝置是否正常。待檢查完成后,確保起飛環境安全,完成無人機的起飛與影像數據采集。采集過程中,需通過地面站觀察無人機的飛行狀態,確保按規劃好的航線執行任務,一旦發生異常飛行軌跡,需采取有效手段令無人機返航,避免帶來潛在的危險,本次共獲得航攝影像15 850張。

1.2 控制點測量

控制點布設。將任務區范圍線坐標系統定義合適,轉為kml格式或shp格式,導入到圖新地球軟件中,按照300 m的間距均勻布設控制點點位,并在精度薄弱區域布設15個檢測點。待控制點與檢測點布設完成后,將其導出為kml格式,發給外業控制點測量人員,進行控制點數據的采集。

控制點采集。將布設好點位的kml導入到奧維軟件中,在手機端通過導航找到對應的控制點點位,進行控制點采集。為了有效提升控制點的精度,選擇控制點點位時,采用紅色油漆噴涂L形點位,半徑大小為50 cm,利用GPS-RTK采集L形內角點。數據采集時,每個點位采集3次,且每次較差誤差均在2 cm內,最終成果為3次采集坐標值的平均值。對現場照片進行拍攝,便于內業對點位進行快速準確地判斷。同理,采集15個特征檢測點,對后期成果精度進行檢測,檢測點點位主要選擇在房角點上。

1.3 三維模型制作

數據預處理。對影像與POS進行重命名,確保后期數據導入時POS與影像一一對應。本次航攝影像亮度整體較暗,在Photoshop軟件中設置動作命令,通過調整亮度、對比度等,對具有代表性的一幅影像進行質量提升,對剩余的影像按照同樣的標準進行參數調整,進行批處理,提升所有影像質量。

空三加密與平差。本次作業選用ContextCapture軟件,導入影像數據與POS數據,完善相機參數,設置引擎路徑,提交空三任務,開啟引擎,完成基于POS數據的空中三角測量解算。空三解算完成后,采用人機交互的方式,查看得到的空三成果,未出現彎曲、分層問題,加密點重投影中誤差為0.31個像素,精度符合相關規范要求。導入控制點并對控制點進行轉刺,提交平差任務,令控制點參與平差。運行結束后查看平差報告,所有控制點殘差的最大值與中誤差均遠遠小于規范要求,空三成果可用。

三維模型生產。結合電腦配置,瓦片劃分方式選擇規則平面網格,瓦片大小為100 m,平面簡化設置為0 m,輸出格式選擇OSGB,影像質量設置為100%,其余參數默認,提交三維重建任務。待所有任務運行結束后,得到高質量的實景三維模型,部分模型成果如圖2所示。

圖2 部分實景三維模型

1.4 地籍圖制作

地籍圖制作采用清華山維EPS軟件,將生產得到的OSGB模型與對應的xml文件導入到EPS軟件中,快速得到DSM數據,基于DSM數據進行地籍圖采集。選擇合適的圖層,對建筑物、圍墻等進行采集,并將最終成果導出為dwg格式。

2 精度統計與分析

將檢測點導入EPS軟件中,對每個點對應的地籍圖成果精度進行檢測,統計結果見表1。

表1 地籍圖精度檢測

表1中,DX代表在X方向上的較差,DY代表在Y方向上的較差,DS代表在平面上的較差。通過表1可知,15個檢測點中,平面較差最大的為7.6 cm,以算數平均值代替中誤差,15個檢測點的中誤差為5.9 cm,精度符合地籍圖規范要求,說明采集成果質量符合地籍圖精度要求,成果質量高,可以直接使用。

3 結束語

為了解決傳統地籍圖測繪效率低、成本高的問題,提出采用傾斜攝影方式進行地籍圖制作,以實際項目驗證了本方案的可行性。利用檢測點對地籍圖成果精度進行檢測統計,所有檢測點較差均小于《地籍測量規范》中的相關指標,且生產的地籍圖滿足地籍二級精度要求。對于農村房地一體項目來說,其精度完全可以滿足項目要求,表明本方案具有一定的實用性。