苗小芒

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 新鄭 451100）

傳統(tǒng)的不動(dòng)產(chǎn)房屋權(quán)籍測(cè)量主要采用全站儀、RTK 實(shí)地測(cè)量等技術(shù)，雖然這類技術(shù)也能夠準(zhǔn)確完成不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪工作，但是也存在作業(yè)面積小、成本高、入戶困難等諸多問題，嚴(yán)重影響測(cè)繪工作的效率；相比實(shí)地測(cè)量技術(shù)，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪工作中的應(yīng)用大大提高了測(cè)繪工作的精準(zhǔn)度、時(shí)效性及工作效率，然而在大比例尺圖形測(cè)繪作業(yè)時(shí)，傳統(tǒng)無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)需要外業(yè)實(shí)地調(diào)繪房檐，改正后再進(jìn)行編輯，這一環(huán)節(jié)也導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。以下筆者就傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的原理及內(nèi)容

1.1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)以傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，在同一個(gè)飛行平臺(tái)上安裝多個(gè)傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度的圖像采集測(cè)量需求，從垂直、橫向、正面等各個(gè)角度獲得地面建筑物的側(cè)面紋理信息，再結(jié)合對(duì)應(yīng)的傾斜影像數(shù)據(jù)處理軟件實(shí)現(xiàn)大范圍的三維建模，傾斜攝影數(shù)據(jù)處理軟件具有協(xié)同并行處理能力，大大提高了三維模型的建模效果[1]。因此，相比傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)體現(xiàn)出多視角、全要素、高真實(shí)性的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)、國土監(jiān)察、資源開發(fā)、新農(nóng)村規(guī)劃及應(yīng)急救災(zāi)等多個(gè)領(lǐng)域。作為一種多角度觀測(cè)的新型航空攝影技術(shù)，與傳統(tǒng)的垂直航空攝影在原理上有著很大的不同，傳統(tǒng)的垂直航空攝影測(cè)量技術(shù)所獲得的圖像有一定的局限性，其主要是獲得物體的頂部圖像，難以獲得物體側(cè)面圖像信息。而傾斜攝影測(cè)量則可解決這一問題，其在飛行平臺(tái)上安裝了1 個(gè)垂直相機(jī)及4 個(gè)傾斜相機(jī)，能夠從多個(gè)角度實(shí)現(xiàn)地面物體的攝影測(cè)量，且影像圖片分辨率高、視場角廣、側(cè)面紋理信息豐富，最大程度上逼真地還原現(xiàn)實(shí)場景[2]。此外，傾斜攝影技術(shù)還集成了先進(jìn)的POS 系統(tǒng)，保證攝影圖像具有完整的地理信息，再結(jié)合圖像信息、位置參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)等，能夠?qū)⒌匚锏膶傩孕畔⒅苯映尸F(xiàn)于影像上，紋理信息真實(shí)，建模質(zhì)量高且成本低；并在拍攝同一區(qū)域時(shí)圖像數(shù)量少、覆蓋范圍大，影像重疊度大、信息冗余度高，后期數(shù)據(jù)處理的效率也能夠得到很大提升[3]。

1.2 不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的基本內(nèi)容

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以通過無人機(jī)上搭載的傳感器從不同角度采集被測(cè)物的圖像信息，其基本內(nèi)容包括外業(yè)與內(nèi)業(yè)兩個(gè)部分，其中外業(yè)測(cè)量時(shí)先踏勘數(shù)據(jù)，再收集基礎(chǔ)資料，接下來噴涂、采集像控點(diǎn)，最后獲取航線規(guī)劃影像；內(nèi)業(yè)作業(yè)先解算空中三角測(cè)量，再進(jìn)行像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺平差，最后生成實(shí)景三維模型。不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪過程中基本的參數(shù)要求主要包括以下幾個(gè)方面：首先，制定不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪方案，主要包括控制測(cè)量不動(dòng)產(chǎn)平面、繪制不動(dòng)產(chǎn)圖、測(cè)算不動(dòng)產(chǎn)面積以及檢測(cè)、驗(yàn)收相關(guān)成果資料等。其次，確定成圖方法，一般情況下不動(dòng)產(chǎn)成圖常用比例為1∶500～1∶1 000，并根據(jù)相關(guān)要求將成圖分為分幅圖、分丘圖及分戶圖3 種。最后，合理控制測(cè)繪精度。不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪平面控制點(diǎn)誤差盡量不超過±0.05 m，末級(jí)相鄰控制點(diǎn)誤差要控制在±0.025 m 以內(nèi)，精度控制達(dá)到要求后，即可采用地方坐標(biāo)系生成不動(dòng)產(chǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)[4]。

2 傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括成像技術(shù)、匹配技術(shù)、平差技術(shù)以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)等。

1）成像技術(shù)。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)中的成像技術(shù)是將多臺(tái)傳感器集成于同一飛行平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直與傾斜多個(gè)視角的圖像采集，獲取前、后、左、右及下視等5 個(gè)方位的影像數(shù)據(jù)，不僅可以獲得更豐富的數(shù)據(jù)信息量，而且圖像視角全面、重疊度大，能夠大大提高后續(xù)數(shù)據(jù)處理的效率，且有效解決了影像遮擋、影像旋轉(zhuǎn)及幾何變形等諸多問題。

2）匹配技術(shù)。利用匹配技術(shù)可以通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在多視影像間建立嚴(yán)格的像對(duì)關(guān)系，并采用由粗至細(xì)的金字塔匹配策略，每級(jí)影像對(duì)應(yīng)同名點(diǎn)位置，保證了同名點(diǎn)匹配點(diǎn)位的可靠性，增加了匹配點(diǎn)的連接度，從而進(jìn)一步增加整個(gè)區(qū)域網(wǎng)的連接強(qiáng)度，用高精度、高分辨率影像表示出地表的起伏形態(tài)特征，大大提高了測(cè)量精度。

3）平差技術(shù)。傾斜攝影多視影像匹配技術(shù)能夠獲得更高精度的同名點(diǎn)，再以金字塔匹配策略匹配POS 系統(tǒng)獲取的多視角初始外方位元素值，能夠?qū)崿F(xiàn)在每級(jí)影像上進(jìn)行自由網(wǎng)光束法平差，再加入觀測(cè)值即可解算區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，每個(gè)像片的空間姿態(tài)、空間位置被恢復(fù)后即可清晰的呈現(xiàn)出來[5]。

4）數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)。傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)能夠從多個(gè)角度獲得多視影像，匹配后即可獲得三維點(diǎn)云；利用構(gòu)建三維不規(guī)則三角網(wǎng)生成數(shù)字表面模型DSM，在三角網(wǎng)中映射下視與側(cè)視優(yōu)選紋理貼附三維模型紋理。傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建的三維場景可以查詢?nèi)S圖像的空間位置與部分屬性信息，裸眼采集三維模型，采集側(cè)視紋理立面繪制房屋主體與屋檐。在數(shù)據(jù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提高工作效率，降低了生產(chǎn)成本[6]。

3 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用實(shí)例

本研究應(yīng)用的測(cè)繪實(shí)例位于某地區(qū)，其房屋區(qū)地勢(shì)平坦，四周山地高差約200 m，測(cè)區(qū)房屋密集，應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪。

3.1 外業(yè)操作

首先，采集布設(shè)像控點(diǎn)。在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，為保證獲得更高精度的地籍圖，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)按照200 m 一個(gè)平高點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，在范圍線拐彎區(qū)域布點(diǎn)。在噴涂點(diǎn)位時(shí)，由于本測(cè)區(qū)內(nèi)有很多已經(jīng)硬化的道路，因此需要采用紅白兩色油漆噴涂對(duì)三角，對(duì)三角交點(diǎn)處即為采集點(diǎn)位。像控點(diǎn)采集過程中每個(gè)點(diǎn)均需采集3 次，采集點(diǎn)均為固定解，每次采集點(diǎn)位較差控制在0.01 m，以滿足相關(guān)規(guī)范要求。其次，規(guī)劃航線，獲取影像數(shù)據(jù)。規(guī)劃航線時(shí)要注意減少數(shù)據(jù)盲區(qū)，陰影小且具有更高的成果精度，因此本研究中設(shè)置航向與旁向重疊度為85%，地面分辨率0.015 m，獲取影像數(shù)據(jù)的相機(jī)下視0.035 m、側(cè)視0.05 m，航飛時(shí)間10：00—14：00，飛行三架次可以獲取18 780 張影像。在規(guī)劃航線時(shí)導(dǎo)入任務(wù)區(qū)范圍線，需對(duì)測(cè)區(qū)范圍線進(jìn)行100 m 的緩沖外擴(kuò)，以最大程度地保證測(cè)量邊緣模型的精度。

3.2 內(nèi)業(yè)操作

首先，內(nèi)業(yè)操作要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，外業(yè)三架次航攝過程中獲得的影像需要進(jìn)行重命名，以保證影像無重名問題，再根據(jù)影像名字更改POS 數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)，完成這一操作后所有影像都有對(duì)應(yīng)的、具有唯一性的POS 數(shù)據(jù)。POS 應(yīng)用時(shí)5 個(gè)相機(jī)共用一組數(shù)據(jù)，以解決缺少精確的相機(jī)安置參數(shù)的問題。計(jì)算測(cè)區(qū)地形高時(shí)，測(cè)區(qū)的平均地形高可采用所有像控點(diǎn)的高程平均值。采用五鏡頭部分照片計(jì)算空中三角測(cè)量，以保證相機(jī)參數(shù)的精確性。其次，解算空中三角測(cè)量。解算空中三角測(cè)量的主要作用是恢復(fù)攝影時(shí)相機(jī)與影像之間的相對(duì)關(guān)系。實(shí)際測(cè)量過程中，Mirauge3D 軟件將空中三角的測(cè)量任務(wù)分割成36 塊，再利用5 臺(tái)電腦對(duì)其進(jìn)行集群技術(shù)，獲得36 塊空三成果，Mirauge3D 軟件帶有自動(dòng)平差融合算法，可實(shí)現(xiàn)36 塊空三成果的融合平差，獲得相對(duì)POS 數(shù)據(jù)的加密點(diǎn)成果。本研究中由自由網(wǎng)平差報(bào)告結(jié)果可知，重投影誤差為0.87 個(gè)像素，加密點(diǎn)中誤差為0.081 m，符合相關(guān)規(guī)范精度要求。再次，轉(zhuǎn)刺像控點(diǎn)，調(diào)整平差。本研究中傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理采用Mirauge3D 軟件，如果像控點(diǎn)存在重名問題，則無法引入像控點(diǎn)坐標(biāo)，因此必須對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行重新命名再將其引入軟件中，設(shè)置像控點(diǎn)類型為平高點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)刺。轉(zhuǎn)刺時(shí)以位于測(cè)區(qū)四角點(diǎn)與中心點(diǎn)的像控點(diǎn)為首選，平差后得到其他點(diǎn)位精確的預(yù)測(cè)位置，再對(duì)剩余點(diǎn)位進(jìn)行轉(zhuǎn)刺即可，這種操作方法大大提高了轉(zhuǎn)刺效率[7]。由平差報(bào)告可知，本研究中像控點(diǎn)最大殘差0.051 m，中誤差0.011 m，也完全滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求。

3.3 建構(gòu)實(shí)景三維模型

經(jīng)過上述操作，可以獲得符合精度要求的空三成果后即可建構(gòu)實(shí)景三維模型。為提高模型輸出成功率，按照電腦最低配置設(shè)置瓦片大小，即100 m，采用規(guī)則平面方式劃分瓦塊，按照軟件默認(rèn)設(shè)置瓦片命名原點(diǎn)。本研究在已有0.2 m 影像的基礎(chǔ)上勾勒房屋區(qū)范圍將其轉(zhuǎn)換為kml 文件，再導(dǎo)入Mirauge3D 系統(tǒng)中生產(chǎn)OSGB 格式的三維模型，以提高有效模型輸出效率，避免生成無效模型的問題。模型輸出后再次設(shè)置真正射影像分辨率0.05 m，輸出真正射影像成果。接下來應(yīng)用EPS 軟件測(cè)繪、編輯地籍圖，可以采用基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)、DOM+DEM 數(shù)據(jù)、實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)等3 種方法。在實(shí)際應(yīng)用過程中，基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)法雖然可以處理龐大的數(shù)據(jù)量，但是存在加載效率低、易卡頓的問題，因此不作為首選方法；DOM+DEM 數(shù)據(jù)法也存在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率低、拉起來場景效果差的問題，因此也不采用該方法。本研究中采用OSGB 格式的模型采集地籍圖，參考影像加載航攝影像[8]。按照地籍測(cè)繪規(guī)范要求，完成采集后以dwg 格式導(dǎo)出采集成果，再將其導(dǎo)入CASS 軟件進(jìn)行拓?fù)錂z查，最后檢測(cè)、評(píng)價(jià)測(cè)量精度。本研究中需要檢測(cè)點(diǎn)位精度及邊長精度，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)用全站儀隨機(jī)、均勻采集30 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，再量取15 條邊檢測(cè)邊長精度。由檢測(cè)結(jié)果可知，本研究30 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中最大殘差0.061 m，最小殘差0.019 m，中誤差0.041 m，雖然最大殘差超出地籍二級(jí)精度要求，但是小于2 倍地籍規(guī)范要求中誤差，且最大殘差與規(guī)范要求相符，由此可見，地籍圖成果點(diǎn)位精度與數(shù)據(jù)生產(chǎn)要求相符。在邊長精度檢測(cè)中，最大殘差0.064 m，最小殘差0.02 m，邊長平均精度0.039 m，均與地籍規(guī)范精度要求相符。最終檢測(cè)結(jié)果顯示本研究生產(chǎn)的地籍圖成果滿足地籍精度二級(jí)要求。

4 結(jié)束語

在測(cè)繪領(lǐng)域中不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪是一項(xiàng)重要內(nèi)容，采用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)建實(shí)景三維模型，能夠有效解決傳統(tǒng)全站儀、RTK 測(cè)量作業(yè)效率低、生產(chǎn)任務(wù)周期長、成本高、入庫難等一系列問題，并且傾斜攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)周期短，外業(yè)作業(yè)轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)測(cè)量精度高、成本低。本研究以某地區(qū)不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪項(xiàng)目為例分析傾斜攝影技術(shù)的具體應(yīng)用，以期與廣大同行共同交流，不斷提高行業(yè)技術(shù)水平。