无人机倾斜摄影测量在集中成片农村区域地形更新中的应用研究

无人机倾斜摄影测量在集中成片农村区域地形更新中的应用研究

郭国平

天津市津典工程勘测有限公司 天津 300350

摘要：倾斜摄影技术是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术，该技术通过飞行平台搭载多镜头相机系统，从一个垂直和四个倾斜五个角度同步采集影像，同时通过全球定位系统能实时获得影像精确的地理信息，后期利用专业软件处理成高精三维模型，能更真实地反映实际地物情况。随着无人机倾斜摄影技术的研究、应用与发展，极大地扩展了无人机遥感的应用领域。无人机技术作为航空遥感手段，具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活等优点，其实景三维建模成果也已经大量运用到大比例尺地形更新中。

关键词:倾斜摄影测量;;集中成片农村;地形更新；应用研究

引言

无人机倾斜摄影测量技术通过在无人机上搭载多台传感器，同时从1个垂直方向、4个倾斜方向5个不同的角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。将无人机倾斜摄影测量技术应用于农村房地一体不动产权籍调查，有助于解决农村房屋不动产登记工作中房地信息不对称、现场核实困难等问题，有效改善传统农村房屋权籍调查作业效率低、房屋密集不通视、数据成果单一等弊端，同时使作业更精准、高效，为保护农民合法权益提供准确依据。据调查，我国大量农村地区的村庄建设缺乏科学规划指导，村庄“散、乱、小”而且分布不规则等情况普遍存在，这些都给无人机倾斜摄影测量航线规划带来了一定的困难。如何在这种复杂的村庄分布环境下，保证数据精度，需要合理规划航线来提高作业效率，是本文研究的重点。

1倾斜摄影测量技术现状

目前，基于倾斜摄影测量开展建模，已经有了成熟的商业产品，国外倾斜摄影自动建模软件主要有：法国Acute3D公司的ContextCapture－Center、法国Astrium公司的StreetFactory、美国Skyline公司的Pho－toMesh等[1]。这些产品利用倾斜摄影技术进行实景三维建模，建模效率高、自动化程度高，但精细化差、无法实现建筑物单体化。国内倾斜摄影软件也有了很大的发展，如北京东方道尔公司生产的Lidar+Cixtex，武汉华正公司的Lidar+3DRealWorld采用机载LiDAR和倾斜摄影技术进行实景三维建模[2]。组合系统能实现建筑物单体化，模型相对精细，效率较低。每个倾斜摄影工程都需要飞两种设备，作业门槛和成本都偏高，三维模型的效率较传统方式有较大进步。超图软件针对倾斜摄影三维建模的特点，在2015年推出的SuperMapGIS7C版本攻克了海量倾斜模型加载、单体化等诸多技术难题并对其应用进行了深入的挖掘，走在了世界前列。在后处理软件方面，武汉天际航信息科技股份有限公司于2014年下半年开发的倾斜摄影三维模型修复优化处理软件DPModeler，完善和丰富了产业链结构。

2基于无人机倾斜摄影技术的农村地形测量方法

2.1像控布设与测量

即像控点的布设和测量，像控点一般布设于开阔的平坦地面上，避免被周围植被、高大建筑所遮挡，像控点位于平面上，能减少高差造成的精度损失，在像控点上布设明显的地标，易于在影像上识别，像控点采用GPS设备全野外实测。

2.2　航摄实施

由于搭载的相机是单镜头，要想完成5个方向的拍摄有两种方法。第一种方法是平行飞行，将镜头倾斜4次垂直1次，分别从垂直、前、后、左、右五个不同的方向获取地表目标影像，这种方法的缺点是外业拍摄使用时间长，作业效率不高。第二种方法是将镜头固定倾斜一个角度并加大重叠度井字形飞行，首先平行飞行一个来回获取前后两个方向目标影像，再从垂直方向飞行一个来回获取左右两个方向的目标影像；最后再飞一组正射影像，等效实现三维倾斜摄影，完成5个不同的方向采集地表目标影像。

2.3航线规划与数据采集

航线布设应按摄区走向直线方法敷设，平行于摄区边界线的首末航线必须确保测视镜头能获得测区有效影像。像片航向重叠设计为75％，旁向重叠设计为70％。航摄中出现的相对漏洞和绝对漏洞应及时补摄，应采用前一次航摄飞行的相机补摄，补摄航线的两端应超出漏洞之外的两条基线。摄影时天气情况要求良好，确保有足够的光照度，摄影时太阳高度角应大于45°，阴影不大于1倍。摄影时间要求为10~15时为最佳选择。影像质量特别强调影像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致，相同地物的色彩基调基本一致。有较丰富的层次，能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，确保能建立清晰的立体模型。影像上不应有云、烟、大面积反光、污点等缺陷。如果存在少量缺陷但不影响立体模型的连接和三维模型建立，可以用于三维模型生产。

2.3三维建模

利用ContextCapture软件来完成三维模型的建立，ContextCapture软件可将从不同视点拍摄的静态物体的一组数字影像作为输入，并将相机属性（焦距、传感器尺寸、主点、镜头畸变）、影像位置(GPS)、影像角元素(INS)、控制点将航空像片、相机参数、控制点等导入，经过软件自动化处理，输出可量测的实景三维模型。三维模型效果图，将不同方向航摄的照片导入软件自动处理，在三维建模时应注意像控点转刺精度和空三精度的检查。内业转刺控制点时，每个控制点至少找到9～12张较清晰的照片同名像点来进行多视影像联合平差；每刺一个点，影像放大倍数尽量保持一致，保证每个同名像点都刺在同一个位置。空中三角测量是自动完成的，空三精度的检查通过模型的清晰度和位置精度两项来检查，清晰度通过肉眼来判断是否存在严重拉花、空洞等现象来识别；位置精度通过外业测量比较明显的拐点或房角点坐标来检验。外业采集相控点时任意采集比较明显的5个房角点坐标，经过坐标比对，均在规范要求的限差范围内。

2.4 CASS成图

采用EPS三维测图软件进行立体测图，将Smart3D生成的OSGB格式的三维模型数据导入，进入三维编辑界面，进行矢量数据采集编辑，主要采集居民地，道路、水系、植被、地貌、管线、垣栅、工矿建(构)筑物、独立地物等要素及属性，制作满足要求的数字线化图。采集完成后对内业无法测准及遮挡的要素进行外业调绘和补测，调绘结束后对DLG图面进行更新及图幅整饰。

2.5外业补测

内业工作完成后，以三维测图成果为工作底图开展工作，并入户进行调查。在调查的同时对部分房屋结构复杂、三维模型不清晰的情况利用GNSSRTK、全站仪、钢尺进行辅助测量，外业补测主要开展以下工作：1）利用钢尺丈量界址边，对边长超限的界址边利用GNSSRTK或全站仪重新采集界址点；2）对三维实景模型不清晰或不规整的房屋拐点重新采集特征点；3）丈量房产面积，面积超限的重新采集。

2.6精度分析

地籍测绘、房产测绘等不动产测绘的精度通常以界址点点位误差和面积测算精度为依据的。为了验证成果精度，采用数据均匀抽检的手段，使用ＲTK和全站仪进行外业实测房屋界址点坐标和面积量算与三维立体模型采集的房屋界址点及面积进行精度比对。

结束语

本文基于房地一体化的工作内容和倾斜摄影测量的技术优势，探讨了将倾斜摄影技术应用于房地一体化项目的可行性，并通过一个具体的案例介绍了采用此技术开展房地一体化的技术方案和作业流程，讨论了重点和难点，并总结了技术优势所在，搭载低空无人机开展房地一体化工作，具有高效的数据获取能力，配合自动化的商业数据处理软件，提高了内外业的自动化水平，大大减少了生产作业的周期，能够生产高精度、真实感以及低成本的数据产品，希望新技术在地籍测量、房屋调查等领域得以推广应用。

参考文献

[1]无人机测绘数据处理关键技术及应用探究[J]. 寇海成.  智能城市. 2020(01)

[2]探究无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用[J]. 葛涛.  门窗. 2019(14)

[3]无人机航测技术在矿区周边地质环境治理中的应用研究[J]. 傅毓.  世界有色金属. 2019(18)