傾斜攝影測量在農村不動產測繪中的應用

崔秀峰,孟庭偉

(南京市測繪勘察研究院股份有限公司,江蘇 南京 210019)

0 引 言

近幾年全國各地陸續開展了農村不動產權籍調查工作,一些地方的宅基地數量大、房屋建筑密集,部分隱蔽界址點人員無法到達,還存在一些長期無人居住的房屋,數據成果為二維表現形式,對三維空間的不動產信息難以做到精細、準確、直觀的管理[1]。

目前農村不動產測繪主要采用的測量方法有全解析法、三維激光掃描法和傾斜攝影測量法。全解析法具有成圖精度高的優點,但在一些人員無法到達的隱蔽處,很難進行測量[2],該法需全野外實地測量,要開展大量的外業工作[3],工作效率低、成圖周期長,不能滿足快速成圖的時間和成本要求;三維激光掃描法具有數據獲取速度快、測量精度高、主動性強、全天候工作等優勢[4],模型數據和點云數據也可在項目后期輔助檢查工作,但人工勾繪過程會有局部地形精度損失且設備價格高,技術難以普及[5];傾斜攝影測量法具有數據密度大、測量精度高、外業采集高效、地物信息豐富、易于數據檢查的優點[6-8],但也存在一些不足,如建筑物在傾斜影像中幾何變形、數據冗余等,在建筑物密集區域會存在地物遮擋現象。

本文以“南京市江寧區農村不動產權籍調查項目”為研究對象,利用無人機傾斜攝影測量技術,快速獲取測區實景三維模型,并基于模型進行內業立體采集,短時間內得到高精度地形圖。有效解決了項目工期短、任務量大的問題,且成果精度滿足了技術設計要求,符合國家規范。

1 傾斜攝影測量

1.1 傾斜攝影測量技術

傾斜攝影測量技術(Oblique Photography Technique)是指利用多臺傳感器從不同的角度對測區進行數據采集,快速、高效獲取可真實反映地面客觀情況的海量數據信息,滿足人們對三維信息的需要[9]。目前多采用5鏡頭的傾斜攝影相機,從1個垂直、4個傾斜的多個角度同時拍攝獲取影像。利用影像和POS數據,實現三維實景模型的重建,立體還原地形、地物的原貌,通過內業數據采集,得到測區的高精度數字地形圖,大幅減少了外業人員的工作量,提高了工作效率[10]。

傾斜攝影測量的關鍵技術要點是根據不動產測繪的精度要求設置航測設備的技術參數,即根據測區的地形地勢信息、影像地面分辨率、飛行區域管制調度信息、傾斜數字航攝儀的技術參數等信息,設定航高、像片重疊度、飛行速度等指標,以實現影像所需的地面分辨率[11]。

1.2 總體技術路線

1.2.1 測區概況

以淳化街道新興社區農村建設用地范圍為研究區域,區域內農村宅基地和集體建設用地共計1 450宗,面積約0.93 km2,主要包括房屋、道路、耕地和池塘等,村莊內建筑物密集、錯綜復雜,呈集中連片分布,多為1～2層房屋(圖1)。

圖1 測區部分影像圖

1.2.2 傾斜攝影測量技術路線

本項目的總體技術路線如圖2所示。

圖2 總體技術路線圖

1.3 關鍵技術流程

1.3.1 野外像控點布設

為保障數據成果質量,滿足點位精度要求,像控點的布設密度應滿足每平方公里內不少于100個,特殊地區要相應的加密像控點。全區共布設像控點126個(圖3)。

圖3 部分像控點分布圖

1.3.2 無人機傾斜攝影

項目采用大疆經緯M600pro作為航空攝影平臺,搭載徠卡RCD30傾斜數字航攝儀進行航攝。根據攝區地形特點,利用SRTM 90m DTM計算航攝分區內最低點高程,取該點高程作為航攝分區基準面高程,由于地面分辨率越大,模型精度越差;地面分辨率越小,模型精度越高[12]。為滿足精度要求,要確保攝區內最低點分辨率優于0.015 m。使用航攝儀自帶的航線設計軟件Mission Pro進行航線設計,使其滿足航向重疊度85%,旁向重疊度75%的設計要求。

使用航攝儀自帶的后處理軟件,完成航攝數據的下載、解壓、格式轉換、POS數據解算、EO生成以及航攝數據的檢查工作,為后續三維建模提供標準化數據。

1.3.3 空三加密與三維建模

先通過ContextCapture Center Master多角度空三加密系統自動進行空三區域內的點匹配,再根據匹配結果和初始外方位元素進行區域網平差,利用外業像控點進行約束空三,恢復模型間的空間位置關系,建立三維模型,檢查模型質量。

1.3.4 不動產測繪

(1)多窗口真立體采集環境

考慮到裸眼三維采集精度不足的難題,本項目將三維模型轉換為立體點云,并以計算機、立體顯示器、立體眼鏡等設備為基礎自主研發,搭建多窗口真立體采集環境,點云窗口下利用截面法高精度采集地形、地籍與房產要素,2.5維窗口下精確判斷房屋樓層、材質、附屬結構類型、面積計算系數等屬性信息,實現不動產權籍調查要素的高精度獲取。

以LidarFeature計算機、立體顯示器、立體眼鏡等設備為基礎自主研發,搭建多窗口真立體采集環境,具有以下特點:

A.包含立體、矢量、2.5 維、立面等多個窗口,采集作業時,可多窗口聯動作業;

B.可通過指定高程值來過濾顯示點云,完美展現建筑物等目標輪廓;

C.采集作業時,可自動捕捉點云中心,提高測圖效率和精度;

D.軟件中嵌入了屬性表、符號庫,可實現采編一體化。

將傾斜模型osgb格式的數據轉換成mylas和index格式的數據,再導入真立體環境進行采集作業,具體操作分為居民地及設施采集和地形要素采集。

(2)居民地及設施采集

選取要采集的房屋范圍,在立體窗口平面模式下顯示點云數據,打開2.5維視圖判讀房屋的形狀和結構(圖4)。

圖4 2.5維視圖

在立體窗口下過濾出點云,將房子橫切到墻體高程面,即可濾去此高程面上下的點云,只顯示當前高程的數據。過濾到墻體時,按點云數據用規定的層碼逐邊采集繪出房邊線(圖5)。

圖5 過濾后的墻體樣圖

對難以準確判斷的部分(隱蔽點、陰影部分、模型變形等),需繪出部分輪廓線,在辨別困難處做出標記,予以說明,由外業進行補測、定位。

(3)地形要素采集

對水田、道路、池塘等地物,利用正射投影,用相應的層碼沿影像上的地物邊線逐個采集。

(4)外業巡視和補測

將內業立體采編的地形圖打印輸出,到實地進行巡視檢查,重點檢查圖上標記部分。對內業采集中因影像不清、判斷錯誤、遺漏、三維模型變形和航攝后新增的地物進行補充測量。最終形成高精度1∶500比例尺地形圖(圖6)。

圖6 部分1∶500比例尺地形圖

2 精度統計和效率分析

2.1 界址點平面位置精度

采用全站儀采集界址點平面坐標,與圖上坐標進行比對,計算界址點平面位置中誤差。共生產地形圖16幅,分一個批次抽樣,樣本量為3幅,檢測界址點坐標205個,發現粗差7個,其中采集超限點4個,變形點3個,粗差率為3.4%,由式(1)計算得到界址點平面位置中誤差為±3.25cm。滿足《地籍調查規程》(TD/T 1001-2012)明顯界址點中誤差±5.0 cm的精度要求。

(1)

式中,M檢為檢測中誤差,n為檢測點(邊)總數,Δ為較差。

經統計,界址點平面位置精度誤差分布區間如表1和圖7所示。

表1 界址點平面位置精度誤差統計表

圖7 界址點平面位置精度誤差分布圖

2.2 界址點間距精度

界址點間距檢測采用手持測距儀測定界址點之間的間距,與圖上距離進行比對,計算間距中誤差,共檢測181條邊,粗差邊數7條,其中采集超限點4個,變形點3個,粗差率為3.9%,由式(1)計算得到界址點間距中誤差為±2.64 cm。滿足《地籍調查規程》(TD/T 1001-2012)明顯界址點中誤差±5.0 cm的精度要求。

經統計,界址點間距精度誤差分布區間如圖8和表2所示。

表2 界址點間距精度誤差統計表

圖8 界址點間距精度誤差分布圖

2.3 地理精度

采用核查分析和比對分析相結合的方法進行檢查,檢查中發現的問題和質量評定如表3所示。

表3 地理精度檢查情況統計表

2.4 工作效率分析

測區共投入10名作業人員,外業6個人,內業4個人,用時18個工作日,共計110個人工天(圖9)。同樣的地形條件,采用傳統全野外數字測圖法的作業組(祿口街道測區位于禁飛區內),投入10名外業人員的情況下,用時24個工作日,共計222個人工天。

圖9 項目進度橫道圖

3 結 語

試驗證明采用無人機傾斜攝影測量法進行農村不動產測繪,成果精度能夠滿足規范要求,相較于傳統測量方法,工期縮短了25%,人工成本降低了50%,并且能夠將50%的外業工作轉為內業,降低了因天氣原因導致窩工和工期延誤風險,項目中采用了多窗口真立體采集環境,提高了立體采集的精度。隨著技術進步和無人機航測逐漸平民化,傾斜攝影測量的應用場景將會更加廣泛。