应用倾斜摄影开展房地一体化

钟棉卿

（中交通力陕西环境绿化工程有限公司，陕西西安 710075）

0 引言

倾斜摄影技术通过获取地物多视角、重叠度极高的高分辨率影像，经图像处理技术自动识别地物特征点、密集匹配技术获取丰富的立体相对，生成海量的三维地物点云，结合影像真实色彩，建立地物的真实表面模型，是近年来迅速发展的三维建模新技术，已广泛应用于城市规划、自然资源调查、农业、林业、旅游、电力、水利、油田、文物保护等领域。本文结合这项技术的现状，提出利用倾斜摄影技术开展农房一体化的方和可行的作业流程，阐明新技术在房地一体化工作中的适应性。

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PhotoMesh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SuperMap GIS7C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DP Modeler，完善和丰富了产业链结构。

2 无人机倾斜摄影房地一体化解决方案

2.1 技术方案测试

倾斜摄影测量生产真实景三维模型受地形、飞行方案、传感器角度、采用的软件等影像，需要首先采用不同飞行平台搭载不同相机进行测试，检查获取的影像质量，从而确定最适的飞行平台和相机类型；然后设计出多套像控测量方案，并获取多种分辨率的倾斜影像；再根据倾斜影像的分辨率、重叠度、POS精度情况，进行空三加密参数的设置，生产实景模型；最后基于实景模型进行地籍要素采集，并对成果精度进行检查，检查方法主要是通过外业实地抽样巡查的方法，使用解析法检查成果的平面精度。

2.2 倾斜航空摄影方案设计

2.2.1 飞行方案设计

为满足高精度的地籍测量要求，必须采用专业的倾斜摄影设备，采集地面分辨率优于2cm的影像数据，且根据测区地形地貌、气候情况和飞行空域情况[3]，安全合理的布设航线，计划航摄时间，申请空域。航空摄影时需要充分考虑地形高差导致的精度误差，同时山区的山体高度和山谷风对低空飞行安全带来的各种隐患。

不同于传统摄影测量，倾斜摄影为获取更多的侧面信息，避免遮挡，倾斜摄影采用多角度航拍的方式，航摄重叠度也由传统的航向65%左右、旁向30%左右增加至航向和旁向均在70%以上。

倾斜摄影应用于地籍测量时的航摄方案设计需因地制宜，综合考虑建筑物密度、高度、植被遮挡、地形起伏、风速、相机曝光时间等的影响，选用满足项目要求的相机，设计适合的影像重叠度和地面分辨率，进行大量的地籍测量试点验证工作，总结出一套倾斜摄影用于地籍测量的航摄设计方案。

2.2.2 像控方案设计

像控点结合吐根控制测量来布设，点位选择点位的选择既要满足图根控制点的要求，也要满足像控点对地面条件的要求，同时在图根控制点上布设辅助标识，这样既可以满足航空摄影测量的要求，也可以满足后期地籍要素测量的要求。考虑到倾斜摄影获取的倾斜影像受地物遮挡影响较大，且需满足后续空三加密和地籍测量的精度要求，像控测量往往先于倾斜摄影，需提前在地面开阔区域布设地标，地标尺寸需适中。地标密度根据测试情况进行调整。

2.2.3 数据处理方案设计

包括空三加密方案设计和基于实景三维模型的地籍要素采集两方面内容。倾斜摄影需采用适用于倾斜摄影方式的空三加密软件，如StreetFactory、ContextCaptureCenter、PhotoMesh 等。

实景三维模型可直观表现地形地貌特征及建筑物细节，逼真的表现地物的纹理和色彩4，而且在实景三维模型上房屋可通过采集两墙面，直接交汇出房角，不需缩房檐；房屋层数和房屋材质可识别；路面性质、独立地物性质也可清晰判别，因此基于实景三维模型进行大比例尺DLG生产，在地籍测量、不动产测绘等领域，具有无可比拟的优势。

2.3 作业流程

2.3.1 控制测量

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。

2.3.2 低空无人机倾斜摄影

按照测试区确定的摄影测量参数与无人机飞行的参数开展外业数据采集工作，还应因地制宜的考虑测区内的地形高程起伏，高耸地物的影响和地区风力对对低空飞行安全带来的各种隐患。此外，为保证前后视镜头、侧视镜头覆盖整个摄区，倾斜摄影在目标区域外侧至少需多敷设两条航线。

2.3.3 空三加密

本项目涉及的空三匹配和平差解算都可由ContextCaptureCenter软件自动完成，基于图像处理自动提取大量显著的物特征点，经基于多视角的影像的密集自动匹配技术获取海量的地物表面点云。软件基于瓦片技术，将每一个瓦片打包建立成为一个任务，利用消除畸变差的多视影像和空三优化后的高精度外方位元素构建立体像对。

2.3.4 实景三维构建

ContextCaptureCenter软件可实现实景模型的三维自动化生产。基于地物表面密集的点云构成不规则三角形TIN模型，根据影像提供的真实纹理信息，生成三维真实感模型。

2.3.5 基于实景三维的地籍测量

本项目采用清北京山维科技股份有限公司研发的EPS 3DSurvey三维测图系统进行地籍要素测量。该系统提供了基于正射影像、实景三维模型、倾斜影像、点云数据的二三维采集编辑工具，支持大数据浏览以及高效采编建库一体化，直接对接基础测绘、不动产、智慧城市等专业应用领域。针对地籍测量，EPS 3DSurvey三维测图系统具有专有的快捷房屋绘制、模型提取、地物采集等专用功能模块。

3 技术优势

应用倾斜摄影技术，可以迅速获取真正摄影像图、数字地表模型，由于高分辨率相机的迅速发展，小型无人机技术低空作业的优势，很容易就能获得分辨率极高的、细节充分的真实感实景农村场景模型，房屋的拐点和其他的地物特征点易于辨识，房檐无需外业调绘，房屋层数和房屋材质可识别；路面性质、独立地物性质也可清晰判别；可轻易量测阳台等附属设施等，为房地一体化项目的开展打开了一条高效的作业模式，大量减少外业调绘和工作量。其技术优势主要体现在以下方面：

3.1 高精度的数据成果

应用倾斜摄影测量的技术使用高重叠度的高分辨率影像组，获取了丰富的多余观测值，通过了严密的控制测量方案严格控制了地物特征点的匹配精度，模型误差能达到cm级，能达到地籍测量的要求。另外，通过多视角的影像对，实现了封闭区域、不易达区域的建模，有利于充分的采集数据，使使测绘成果精度更加均匀。

3.2 生产工艺自动化水平高

随着计算机技术、通信技术水平的提高，实现了无人机的自动化飞行，在内业数据处理中，商业软件和研究软件自动匹配，生成三维实景模型，将传统模式下辛苦、劳动强度高的测量工作，转化道内业基于实景模型的立体采集工作上，内外业人员可实现轻松测图。

3.3 有利于质量控制

对于质检部分，实现对成果检查由外业抽查移植到内业检查，数据成果叠加实景三维模型，轻松抽查丢漏、测错、取舍不合理等质量问题。

传统作业模式需要道实地进行检查，只能抽查，采用倾斜摄影测量构建三维实景模型后，数据的检查大部分工作可以基于三维实景模型看展，成果检查从外业被移植到内业，轻松检查丢漏、测错、取舍不合理等质量问题。

3.4 减少了外业调绘，保障了作业安全

基于高分辨率的三维实景模型，地物状态一目了然，无需调绘房檐；房屋层数和房屋材质可识别；路面性质、独立地物性质也可清晰判别；极大程度上减少了地物遮挡，可轻易量测阳台等附属设施，使外业调绘工作量大幅度减少。新技术使大量的外业工作在内业就可以完成，不受天气影响，既保障了作业人员的作业安全，同时也能解决外业拒测的居民区或施工工地采集难的问题。

4 总结

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。