无人机倾斜摄影在房地一体项目中的应用

陈凤玲

(三和数码测绘地理信息技术有限公司,甘肃 天水 741000)

0 引言

房地一体项目的实质是不动产确权,而地籍图测绘是其中非常重要的组成部分。传统的地籍图测绘使用GPS-RTK和全站仪进行界址点坐标采集,利用卷尺进行界址边长量测[1-3],当测区建筑物密集时,利用全站仪需要不断换站,且测区信号不好时,GPS-RTK便无法快速取得固定解,因此传统的地籍图测绘方法不但效率低且外业工作量大,风险较高[4-5]。为了解决这一问题,满足地籍图测绘高效率、低成本、低风险、短工期的要求,提出采用倾斜摄影测量技术生产地籍图的作业方案,基于任务区范围线完成像控点布设和测量,利用航线规划软件完成航线规划,进行外业像控点采集和影像数据获取。外业工作完成后,内业对获取的数据进行预处理和整理,利用倾斜摄影建模软件完成实景三维模型生产,利用裸眼测图软件完成地籍图测绘。利用外业采集特征检查点和量测的界址边长,对得到的地籍图精度进行检测,结果表明,此方法生产的地籍图界址点、界址边长精度均满足地籍规范要求。

1 倾斜摄影测量的基本原理

倾斜是指获取影像的角度是倾斜的,在传统的垂直摄影测量中要求相机垂直地面获取影像,而在倾斜摄影测量中要求相机与垂直视角存在一定的角度[6-8]。目前,常见的倾斜摄影相机组合主要有2镜头、3镜头、5镜头、9镜头等。以5镜头为例,其由4个侧视相机和1个下视相机组成,其中下视视角主要获取影像顶部的纹理信息,侧视视角主要获取建构筑物侧面纹理信息。通常侧视和下视夹角为45°,这样可以获取更多的纹理信息,减少视角盲区。摄影测量中,航高、焦距、地面分辨率具有式(1)关系:

H=f*GSD/a

(1)

其中,H是相对航高,f是相机焦距,GSD是地面分辨率,a是像元大小。在5拼相机中,a通常是相同的,数据解算要求GSD相同,这样有利于获得准确数据,由此可知,H和f成正比关系。由于下视和侧视存在45°的夹角,由直角等腰三角形可知,侧视镜头距离被摄物体(假设地面平坦)的距离是下视的1.41倍,这样才可以获得相同分辨率的影像,当下视镜头焦距为35 mm时,侧视镜头焦距为50 mm。

2 房地一体测量技术路线

房地一体测量主要包括外业数据获取和内业数据解算处理两部分,主要流程如图1所示:

图1 技术路线图Fig.1 Technology roadmap

3 实例应用

实例来源于某房地一体项目中的某一村。该村面积约1.5 km2,宗地约有100宗,分布较密集,地势平坦。在掌握了任务区概况后,决定采用倾斜摄影方式进行地籍图测绘。

3.1 像控点采集

像控点采集主要包括布设和测量两部分。为了保障项目精度,按照300 m间距均匀布设点位,在任务区边缘和拐角处均需布设像控点,共布设像控点16个。完成像控点布设后,利用GPS-RTK进行像控点坐标测量。为了提高内业像控点转刺精度,像控点测量使用红白对三角形作为靶标,采集2个三角形的相交点,每个点位至少采集3次,每次至少平滑20次,且要求全部是固定解,同一点多次采集的坐标平面、高程较差均要求小于1 cm,采集的同时,需从不同角度采集3张能反映点位及周边地物相对关系的实地现场照片。为了便于后期对地籍图精度进行检测,按照同样的方式,在精度薄弱区域均匀采集12个特征检测点用于地籍图界址点的检测,利用钢尺在精度薄弱区域量测10条界址线,用于地籍图界址边长精度的检测。

3.2 影像数据获取

利用旋翼无人机完成影像数据获取。将任务区范围线外扩150 m,导入无人机航线规划软件中,设置地面采样分辨率为1.5 cm,选用相机像元尺寸为3.9 um,焦距为35 mm,相对航高为134 m,设置航向、旁向重叠度均为80%。将规划好的航线上传云台,完成无人机自动获取影像数据。要完成无人机起飞前的一系列检查,查看相机是否正常曝光等。获取过程中,通过地面站观察飞机飞行状态,确保其受控。影像数据采集完成后,完成无人机的降落并迅速取出内存卡,对影像和POS进行检查,确保成果可用,完成无人机的拆卸装箱。

3.3 空中三角测量解算

数据解算使用ContextCapture(下文简称CC)软件,新建工程,导入影像数据和POS数据,设置相机焦距,完成加密点的匹配,以POS为标准,完成POS坐标系下的相对定向。导入外业采集像控点,对像控点进行转刺。为了减小影像畸变带来的误差,只转刺位于影像中间区域的点位,对影像边缘点位不进行转刺。待所有像控点转刺完成后提交平差任务,完成空中三角测量区域网平差。通过查看平差报告可知,本次空三加密点重投影中误差为0.31个像素,远小于规范要求的2/3个像素大小,像控点平面中误差为0.003 m,高程中误差为0.002 m,精度符合规范要求,成果可直接用于实景三维模型的生产。

3.4 实景三维模型制作

结合成果坐标系统和电脑配置,选择空间框架和像控点的坐标系统相一致,瓦片划分为规则平面划分,切块大小为130 m,模型输出格式选择OSGB,输出坐标系和像控点坐标一致,影像质量选择100%,重叠度设置为0.3 m,其余参数默认,提交重建任务,开启多台集群电脑引擎,完成实景三维模型的快速生产。图2所示为部分实景三维模型。

图2 实景三维模型Fig.2 Live 3D model

3.5 地籍图测绘

使用的EPS软件支持3种数据源进行地籍图测绘,分别为点云数据、DOM+DSM和实景三维模型,使用CC软件生产的OSGB格式模型进行地籍图测绘。将xml文件和Data文件夹加载到EPS软件中自动转换,生产得到索引文件DSM,再加载DSM文件到软件中,基于DSM文件完成地籍图测绘。其主体是宗地和房屋,对于规则的四边房屋,可采用五点房命令进行快速绘制。基准面的选择非常重要,应在一个平滑的面上采集两个点位,用来定位第一条界址线的走线,结合两条界址线垂直关系快速采集房屋。采集宗地时选择对应图层,使用多边形命令完成地籍图测绘。

4 精度统计与分析

将采集的特征检查点导入EPS软件中,对地籍图精度进行检测,检测统计结果见表1。

表1 界址点精度统计表Tab.1 Statistics of boundary point accuracy

由表1可知,12个界址检查点中较差最大的为13.1 cm,最小的为6.9 cm,以算数平均值代替中误差,中误差为9.3 cm,小于地籍规范二级中误差10 cm,故而精度可满足地籍二级精度要求。

在地籍图上量取对应的界址边长并与外业采集的界址边长进行比较,得到二者的较差,统计结果如图3所示。

由图3可知,本次10条界址边长的较差最大小于16 cm,小于2倍的二级地籍界址点中误差,因此其精度满足地籍二级精度要求。

图3 界址边长较差折线图Fig.3 Line graph of the difference of boundary length

5 结束语

以实际项目为例,采用倾斜摄影方式进行实景三维模型生产,利用裸眼测图技术完成模型宗地和房屋采集。采用外业实地采集的特征检查点和界址边长,对得到的地籍图精度进行检测。结果表明,此方法生产得到的地籍图在界址点精度和界址边长精度上均满足地籍测绘二级精度要求,可为同行提供参考。