傾斜攝影測量在建筑密集區地形測繪中的應用

金雅敏

(南通市房產管理測繪隊,江蘇 南通 226001)

0 引言

近年來,隨著城市人口增長和土地資源限制,老城區往往需要在有限的土地上進行居住空間的重新規劃和優化,因此需要在有限的空間內密集安置建筑物來滿足居民住房需求。而另一方面,由于歷史原因或城市發展不平衡,使得城市普遍存在建筑密集度高、建筑物遮擋等問題,給傳統測繪方法帶來了挑戰,限制了地形圖測繪精度和效率。而傾斜攝影測量技術通過無人機搭載影像數據采集設備,可以從不同角度和高度獲取地面影像數據,并結合精確的定位信息,可以實現對建筑密集區域地形的高精度三維重建和模型生成。該技術能夠克服建筑物遮擋、提供全方位的地形信息,幫助城市規劃者和決策者可以更好地了解地形特征、地物分布和地勢起伏等信息,為城市的發展和基礎設施建設提供科學依據[1-2]。

1 項目概況及外業影像數據采集

1.1 項目概況

實驗測區為N市某棚改區,測區約占地面積約10 km2,測區內建筑老化、基礎設施陳舊、環境臟亂等問題嚴重。現需要拆除老舊建筑、更新基礎設施、提供新的住房和公共設施等措施,從而改善居民的居住條件,提升城市形象。而地形圖測繪可以幫助了解棚改區的地貌特征、地形變化等情況,確保棚改工作的順利進行,為規劃新的建筑布局、道路交通規劃等提供可靠的基礎數據。由于測區建筑密集,相互遮擋嚴重,傳統測量方式效率極低,按照城市規劃和房產管理部門要求,現需要應用傾斜攝影測量技術對測區進行1∶1 000地形圖測繪。

1.2 整體技術流程分析

本研究以建筑密集區域地形圖測繪應用為研究對象,通過采集傾斜攝影數據并進行處理分析,探索傾斜攝影測量技術在地形測繪中的優勢和應用方法。首先,實驗以某棚改區為對象,針對測區復雜的工作條件,應用固定翼無人機粗采集和多旋翼無人機精細化采集技術方案,并在地面設定一定數量像控點;然后,通過傾斜攝影數據的處理和分析,實現建筑物的三維重建和地形模型的生成;再以實景三維模型為基礎,在三維模型軟件中進行地形圖繪制;最后,對比傾斜攝影測量技術與傳統測繪方法在建筑密集區域地形測繪中的差異,并評估傾斜攝影測量技術的精度和效率。具體工作流程如圖1所示。

1.3 航線規劃及影像數據采集

實驗時為保證能夠獲取測區多視角影像數據,外業數據采集分為粗采集和精采集兩個方面,并在測區布設一定數量像控點,應用GPS-RTK采集像控點坐標,方便后期兩類數據進行合并。

本次實驗影像數據采集應用的是飛馬F200 固定翼無人機,搭載SONY RX1 RⅡ多鏡頭。首先在地圖上標出關鍵點,包括但不限于建筑物的角點、地面標志物或其他顯著地物,并根據采集區域的大小和形狀,確定合適的起飛點和降落點;然后根據采集區域的大小和分辨率要求,確定航線的間距和高度。航線的設置應該形成一個“井”字形的模式,即先沿著一條直線飛行,然后在到達邊界時轉彎,再沿著下一條直線飛行,如此重復;最后,啟動無人機,按照預設的航線依次飛行并采集多角度影像數據[3]。粗、細影像數據采集航線設計見圖2。

精細化影像數據采集應用的是大疆經緯M300 RTK多旋翼測繪級無人機,搭載禪思P1雙鏡頭。實驗時,為覆蓋整個目標區域,并保證相鄰影像之間有足夠的重疊度,采集測區多角度、完整影像數據,規劃交叉環繞的航線。作業時,在無人機飛行路徑上設置交叉點;然后,通過控制無人機的飛行軌跡和相機的拍攝參數,使相機以傾斜的角度拍攝地面影像。無人機在影像采集過程中,會按照預定的航線依次飛行至交叉點,并在每個交叉點處進行拍攝,以確保覆蓋整個目標區域[4-5]。

2 實景三維建模及地形圖測繪

2.1 實景三維建模

實驗測區實景建模軟件應用的是Context Capture Center 建模軟件。實景建模時,首先需要將無人機POS數據,慣性導航系統直接測定的姿態信息需要轉換到攝影測量中所需要的姿態信息才能用于作為外方位元素使用;然后將POS數據,粗、細采集的原始影像和相機文件導入Context Capture Center 軟件中,完成數據導入之后,進行空三加密任務,包括提取連接點、匹配連接點、光束法區域網平差、創建區塊提交空三任務,將兩類數據進行合并;再將TIN模型中每個三角面的坐標信息與相對坐標的貼圖信息進行匹配,自動進行裁切并映射到三角面,實現TIN模型自動貼圖,生成包含真實貼圖信息的實景三維模型,如圖3所示[6]。

2.2 地形圖測繪

地形圖測繪應用的是EPS軟件,該軟件提供基于正射影像、立體像對、實景三維模型、全景影像、點云等數據的二三維一體化采編工具,支持大數據瀏覽以及采編制圖建庫一體化,直接對接基礎地形測繪、自然資源調查、三維不動產測量、多測合一等應用。首先,啟動軟件并選擇三維測圖進行OSGB數據轉換,將Context Capture軟件生成的OSGB文件生成EPS軟件能識別格式,選擇OSGB文件夾內的XML文件,加載轉換后的傾斜模型。在應用軟件對建筑物進行地形圖繪制時,一般選擇五點房繪法,只需采集房屋墻面五個點便可輕松將矩形房屋繪制出來,同時還可直接去除房檐,完成測圖。繪制效果如圖4所示[7]。

在地形圖繪制時,如果存在植被覆蓋區域,需根據調整傾斜模型上生成的三角網與地形表面的貼合程度來修改錯誤高程點,使提取出來的高程點更加吻合地形的變化,從而得到更高精度的等高線。

3 對比分析

在地形圖測繪過程中,質量控制是非常重要的環節。本次實驗為檢驗三維模型的數據精度是否符合規范要求,幫助技術人員及時糾正可能存在的錯誤,共選取30個校對點位進行數據的比對檢驗,將繪制的地形圖坐標成果與全站儀實測結果進行對比,校對結果如表1所示。

表1 校對點精度統計表 m

根據CH/T 9015—2012三維地理信息模型數據產品規范中的模型評價標準,對地形圖成果進行精度評定。結果顯示,地形圖平面中誤差均不超過8 cm,高程中誤差不超過10 cm,滿足1∶1 000地形圖測繪精度要求。此外,在效率上和成本上來看,傳統的調查方式都是依靠測量員實地測繪,實驗測區需要2名測繪員測量約3 d時間,耗費時間長且人工成本高,而相同測區無人機傾斜攝影只需要半天時間。并且內業基于實景三維模型能快速進行地形圖繪制,內外業綜合效率約是傳統方法的2倍～3倍,本次實驗應用技術具有更高的效率和更豐富的信息獲取能力[8]。

4 結論

研究結果表明,傾斜攝影測量技術能夠有效克服建筑物遮擋和地形復雜性,提供更精確、全面的地形數據,為城市規劃和基礎設施建設提供可靠的支持。本文研究結果對于傾斜攝影測量技術在建筑密集區域的應用具有重要參考價值,為地形測繪領域的發展提供了新的思路和方法。